-
-




















2
2
0
0
1
1
2
2
2
2
K
K
?
?
C
C
A
A
:
:
1
1
8
8
О
бзор
периодической печати первого полугодия 2012 г.
В выпуске
14
7
с
татей
из
1
5
изданий
,
а также
о
бзор публикаций сайта
РадиоКот
за октябрь 2012 г.
Выпускающий редактор:
С. Степанов
Над выпуском работали:
С. Муратчаев
В. Гололобов
С.
Скворцов
В. Кузьмин
В. Смирнов
М. Лебедев
Художник
:
О. Агафонов
E
-
mail
:
radioyearbook
@
gmail
.
com
Ноябрь 2012
Информационная поддержка
:
Портал
"РадиоЛоцман
"
www.rloc
man.ru
Официальные версии журнала
доступны для свободной загрузки
:
www.rlocman.ru/radioyearbook
"
"




















:
:


!
!
"
"


'
'
















"
"








/
/
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПЕЧАТИ И ИНТЕРНЕТ
-
Р
ЕСУРСОВ
3
3
0
0
7
7
A
A
E
E
5
5
<
<
!
!
коллекцией электрических схем надо работать творчески.
Во многих случаях даже беглый просмотр всех схем подряд
может на подсознательном уровне привести к «озарению»
.
С.М. Рюмик
, «1000 и одна микроконтроллерная схема», вып. 1




СОДЕРЖАНИЕ (147 статей)
Радио
Автоматическое зарядно-разрядное устройство Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов 8
Преобразователь напряжения для бытовой аппаратуры (КР1211ЕУ1, IRFIZ44N) 9
Доработка устройства питания сверлилки 9
Преобразователь напряжения с регулируемой частотой для трёхфазного
асинхронного электродвигателя (PIC16F628, PIC16F873, IR2131, IRG4BC30F) 10
Усовершенствованный ограничитель разрядки аккумуляторной батареи (IRF4905) 12
Импульсный стабилизатор анодного напряжения (IRF740) 12
Кассета для гальванических элементов 12
Защита аккумуляторной батареи системы аварийного освещения (TL431) 13
Простое устройство разрядки аккумулятора 14
Переделка компьютерного блока питания в лабораторный и зарядное устройство 14
Цифровой измеритель ёмкости и внутреннего сопротивления аккумуляторов (ATmega8) .. 15
Разработки японских радиолюбителей (автоматика) 16
Плавный пуск электродвигателя. "Световое" управление двигателем
Предотвращение чрезмерной разрядки литий-полимерной аккумуляторной батареи
Автоматическое отключение литий-ионного аккумулятора
Снижение мощности, рассеиваемой на коммутаторе постоянного напряжения
Регулирование тока через светодиоды
Импульсный стабилизатор тока ZXLD381 для питания светодиодов 17
Импульсные стабилизаторы тока HV9921 — HV9923 для светодиодов 18
Универсальные стабилизаторы тока HV9910 и HV9910B 19
Электромеханический стабилизатор сетевого напряжения (К1401УД2) 20
Регулятор мощности паяльника на микроконтроллере PIC16F628A 21
Устранение мигания люминесцентной энергосберегающей лампы 22
Индикатор разрядки аккумуляторов (КП504, КП505) 22
Мощный стабилизатор двухполярного напряжения для УМЗЧ (1RF4905, IRL2505) 23
Цифровой вольтметр сетевого напряжения (PIC16F676) 24
Измерительное устройство для блока питания (PIC16F73) 25
Малогабаритный регулируемый блок питания (TL431) 26
Регулируемый двухполярный блок питания (M5230L) 26
Зарядное устройство для трёх Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов (ATmega8) 27
Из деталей энергосберегающих люминесцентных ламп 29
Двунаправленные стабилизаторы тока 30
Сварочный полуавтомат 31
Симисторный регулятор тока для активной и индуктивной нагрузки 32

Радиоаматор
Простой автомат включения-отключения периферии ПК (S202S12) 33
Зарядное устройство для 6- и 9-вольтовых аккумуляторов 34
Встраиваемый цифровой ампервольтметр с ЖК-индикатором от DT890B 35
Некоторые опечатки и неточности в публикациях по МС34063 36
Буферные конденсаторы для автомобильной аудиосистемы (ХХ-САР 1000D) 37
Электрик
Нужны ли бытовым электроприборам стабилизаторы напряжения и ИБП * 38
Необычный источник питания на ИМС TDA2004 * 46
Лабораторный двухканальный источник питания с МК управлением (ATmega8) * 48
Измерители мощности на полупроводниковых диодах * 53
Плавное включение активной электрической нагрузки (К1182ПМ1) * 55
Автономный 3-фазный инвертор напряжения * 58
Регулируемый стабилизатор с измерителем мощности в нагрузке (К1182ПМ1, ICL7107) * 62
Индикатор чередования фаз * 65
Блок защиты маломощной сетевой аппаратуры (МОС3063, MCR100, ВТ139) * 66
DC/DC-преобразователь для светильников с солнечными батареями (PR4403) * 68
Сетевой фильтр из картриджа фильтра для воды * 70
Новый тип аккумуляторов - NiZn * 72
Простое зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов (BD137) * 73
Зарядное устройство и блок питания (ATmega8, LTC1541) * 74
Схема контроля заряда батареи (7555) * 76
USB-инжекторы для ПК (МАХ1562, LM2675) * 78
Светодиодный индикатор тока * 82
Самовосстанавливающиеся предохранители для модернизации шнура питания * 84
Зарядное устройство для изделия с USB * 86
Лабораторный источник питания и ЗУ на базе компьютерного блока питания AT (TL494) * 88
Импульсный стабилизатор напряжения. Параметры. Практика эксперимента * 92
Радиокомпоненты
Светодиодная подсветка люстры (КП602) 96
Простые устройства для проверки и восстановления аккумуляторов 97
Регулятор напряжения от 0 до 30 В с током до 3 A (UA723) 98
Необычный симисторный регулятор мощности 98
Автомобильные преобразователи напряжения 24 В в 12 В (LM2576T) 99
Вторая «жизнь» блока питания принтера STAR MICRONICS LC24-200 100
Экономичный стабилизатор напряжения (КП504, КР1014КТ1) 101
Сетевой фильтр для устройств с коллекторными электродвигателями 101

Радиоконструктор
Блок питания с импульсным стабилизатором 1,2...25 В, 3 A (LM2576HVT-Adj) 102
Схемы электронных балластов энергосберегающих ламп 103
Преобразователь напряжения 12/220 В (IRF530) 105
Преобразователь частоты для асинхронного электродвигателя
(PIC16F873, PIC16F628, IR2131, IRG4BC30F) 105
Двухканальный фазовый регулятор мощности на микроконтроллере (АТ89С4051) 108
Микроконтроллеры РІС с интерфейсом USB в управлении тиристорным
преобразователем (PIC16F628A, PIC18F2550) 110
Сетевой блок питания для аккумуляторного электроинструмента (IRF840) 115
Источник питания дрели-шуруповерта из «электронного трансформатора» 115
Инфракрасный фонарь (ZXLD1362) 116
Светодиодный фонарик (КТ815) 117
Сигнализатор перегрева электророзетки 117
Повышающий, понижающий и инвертирующий стабилизаторы на TL494CN 118
Защита оборудования от колебаний напряжения в электросети (LM393) 121
Радиомир
Симбиоз двух "китайцев" (ST13003A) 122
Лабораторный блок питания 123
Зарядное устройство для Li-ion аккумуляторов (К142ЕН12) 123
Форматирование аккумуляторов бытовых устройств (TL431) 124
Динисторы, тиристоры, симисторы. Справочный материал 125
Ремонт электронного балласта энергосберегающих ламп (ST13001, BUV46A) 132
Питание ЛДС от 12 В (TLC555, IRF510) 133
Защита от переполюсовки питания 133
Аккумулятор еще послужит 133
Переделка компьютерного блока питания (TL494) 133
Электронные предохранители. Обзор 134
Двухтактный инвертор в зарядном устройстве (TL555, 2SC2625) 138
Полумостовой инвертор без сквозного тока (IRF870) 139
Блок питания 13,8 В/10 А. Защищаемся... (IRL2505) 140
Фазовый регулятор мощности (ВТ138) 141
Защита низковольтных ламп (IRLZ34N) 141
Светодиодные лампы (TPS5430DDA, МР3204, TPS40200D) 142
Восстановление свинцовых аккумуляторов (ВТ139, LT817) 143
Доработка ЗУ (TL431) 144
Формирователь отрицательного напряжения (КП505) 145

Радиохобби
Блок питания для лампового усилителя воспроизведения (IRFB40) 146
Переделка компьютерного блока питания для радиолюбительских целей (TL494) 147
Блок питания для лампового УМЗЧ (BUZ80) 148
Зарядное устройство для литий-ионных аккумуляторов (LT1014) 149
«Консерватор» свинцовых аккумуляторов (ATtinyl5) 150
Преобразователь с чисто синусоидальной формой выходного напряжения
и корректором коэффициента мощности 151
Самодельная солнечная батарея 152
Монитор потребляемой мощности (TLC272) 153
РадиоЛоцман
Как получить высокое выходное напряжение с помощью
низковольтного преобразователя (ADP1613) * 155
Устройства аккумулирования энергии окружающей среды. Применение
термоэлектрических преобразователей для питания беспроводных датчиков (LTC3108) * 158
Рекомендации по применению понижающих DC/DC преобразователей (ADP2139) * 168
Преобразователь напряжения на основе ШИМ микроконтроллера * 177
Управляемый напряжением источник двунаправленного тока (IL300, МАХ4162) * 179
Регулируемый ограничитель сетевого напряжения на основе УЗО (ZTX458) * 181
Компоненты и Технологии
Повышающие преобразователи постоянного тока (ADP1612/13) * 184
Микросхема LTC3113 производства Linear Technology
для малошумящих DC/DC-преобразователей * 187
Компоненты ТІ
Повышение безопасности аккумуляторных батарей, зарядка и определение
уровня заряда в портативных медиаустройствах (bq27500) * 190
Балластные резисторы позволяют поделить нагрузку между двумя
параллельно включёнными DC/DC-преобразователями * 195
Проектирование биполярного источника питания с использованием
широкодиапазонного импульсного стабилизатора (TPS54160) * 197
Да будет свет! (MSP430, TPS62260) * 206
Минимизация паразитных колебаний в преобразователе * 209
Электронные компоненты и системы
Повышающие и понижающие DC/DC-преобразователи Analog Devices
для портативной аппаратуры (ADP1111, ADP1870/71) * 211
Методика расчета понижающего преобразователя напряжения * 217
Моделирование DC/DC-преобразователей в N1 Multisim (МАХ738А) * 223

Устройства защиты электронных цепей от повреждений * 230
Счетчик электроэнергии ADE7816 * 237
Беспроводные зарядные устройства для аккумуляторов
(IDTP9020/30, bq500210, bq5101x) * 243
Современная Электроника
Современное состояние и тенденции развития микротопливных элементов * 250
Проверка системы управления аккумуляторной батареей мобильного устройства * 256
Инструкции по разводке печатной платы для понижающих импульсных
стабилизаторов, оптимизированных по уровню помех * 259
Драйверы светодиодов компании Linear Technology
(LT3597, LT3799, LT3956, LTM8042, LTC3675) * 263
Зарядное устройство для суперконденсаторов в системе резервного питания (LTC4425) * 271
Диоды Шоттки для управления питанием (PMEG3050) * 276
Everyday Practical Electronics
Двухполярный блок питания ± О В - 19 В (LM317T, LM337T) 279
Маломощное зарядное устройство USB для автомобиля или мотоцикла (LTC1174) 282
Контроллер освещения от солнечной батареи (PIC16F88) 283
Circuit Cellar
Тестер для ремонта и налаживания устройств, подключаемых к ~220 В (LPC1768) 285
Nuts & Volts
Батарея Эдисона 288
Диммер для светодиодного светильника (LM556N, FQPF30N06L) 290
Тестер для батареек (LM556N, МС3302Р) 291
Источник питания 1,5 В, 15 A (UC2525, TPS2812, L4931, SIR864DP) 292
Бестрансформаторный источник питания 294
Внутреннее сопротивление батареи 295
РадиоКот radiokot.ru
Обзор публикаций сайта за октябрь 2012 г. (12 конструкций) 296
Под радиоклюквой
В. Башкатов, А. Чекаров, Д.А. Шандренко
Плагиат, или сколько «соавторов» причитается АВТОРУ? 300
(*) Статьи любезно предоставлены издателями или авторами и воспроизводятся полностью.
Остальные материалы публикуются в соответствии со статьей 1274 Гоажданского Кодекса РФ.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Автоматическое зарядно
-
разрядное
устройство
Ni
-
Cd
и
Ni
-
MH
аккумуляторов
Г
.
ВОРОНОВ
, Радио, 201
2
, №
1
, с.
27
-
28
Предлагаемое
устройство
разряжает
батарею
из
четырёх
Ni
-
Cd
или
Ni
-
MH
аккумуляторов
,
после
чего
переключается
в режим
её
зарядки
ста
-
бильн
ым
током
,
по
окончании
которой автоматически
отключается
.
Зачастую
нет
необходимости конструировать
сложные
устройства
,
учитывающие
много
параметров
разрядно
-
зарядного
цикла
аккумуля
то
-
ров
.
Достаточно
учесть
2
—
3
параметра
(
на
пряжение
окончания
разрядки
,
напря
жение
окончания
зарядки
,
зарядный ток
)
и
,
проводя
1
—
2 "
ле
-
чебных
"
цикла
в месяц
при
активной
эксплуатации
бата
реи
,
можно
долгое
время
поддерживать
ее
в
хорошем
состоянии
.
Выбранные
параметры
цикла
пре
дотвращают
избыточную
или
недоста
точную
зар
ядку
исправных
аккумулято
ров
.
У
стройств
о
получает
пита
ние
от
нестабилизированного
источни
ка
с
выходным
током
не
менее
100
мА
,
напряжение
которого
с
учётом
пульса
-
ций
должно
находиться
в
пределах
11,5...30
В
.
Устройство
работает
так
.
К
нему
под
клю
чают
батарею
и
затем
подают
на
пряжение
питания
.
Пока
напряжение батареи
превышает
4
В
(
в
среднем
1
В на
элемент
)
-
батарея
разряжается.
Светодиод
HL
2
включён
.
Ток
разрядки
не следует
устанавливать
больше
1/10
ём
кости
батареи
.
Когда
напряжение
батареи
в
п
ро
цессе
разрядки
станет
менее
4
В
-
свето
диод
HL
2
погаснет
,
режим
разрядки прекратится
.
Одновременно включа
ется
светодиод
HL
1,
открываются транзистор
VT
4
и
диод
VD
4,
через которые
начинается
зарядка
батареи стабильным
током
.
Нажимая
на
кнопку
SB
1,
прину
ди
тельно
переключается
устройство
из режима
разрядки
на
зарядку
.
Когда
напряжение
батареи
в
процес
се
зарядки
достигнет
5,92
В
(
в
среднем
1,48
В
на
элемент
)
-
све
тодиод
HL
1
гаснет
,
процесс
зарядки
прекращается
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Преобразователь
напряжения для
бытовой
апп
аратуры
(КР1211ЕУ1,
IRFIZ
44
N
)
А
.
СЕРГЕЕВ
, Радио, 201
2
, №
1
, с.
29
-
30
Предлагаемое
устройство
автоматически
переходит
в
режим пониженного
собственного
пот
-
реб
ления
энергии
от
питающей аккумуляторной
батареи
при
снижении
тока
нагрузки
.
Для
увеличения
КПД
предлагаемый преобразователь
содержит
два
повы
шающих
трансформатора
разной
мощ
ности
.
Когда
потребляемая
нагрузкой мощность
ниже
некоторого
предела
,
исполь
-
зуется
трансформатор
меньшей мощности
,
в
противном
случае
—
более мощный
.
Для
автоматического
выкл
ючения преобразователя
при
полной
разрядке питающей
аккумуля
-
торной
батареи использован
узел
на
транзисторе
VT
7.
При
уменьшении
напря
жения
аккумулятор
-
ной
батареи
ниже
10,5
В
все
коммутирующие транзисторы
VT
1
—
VT
6
оказываются закрытыми
,
а
преобразователь
выклю
ченным
.
Выходное
напряжение
преобразователя изменяется
не
больше
чем
на
7,7 %
при изменении
напряжения
питания
в
пре
делах
11...15
В
.
Это
позволяет
ему
рабо
тать
от
одного
из
двух
источников
пита
ния
:
аккумуляторной
батареи
10,5... 12
В или
бортовой
сети
автомобиля
14
В
.
Выходное
напряжение
преобразова
теля
имеет
форму
разделённых
паузами разнополярных
импульсов
с
амплитудой примерно
250
В
.
Его
действующее
зна
чение
—
около
190
В
.
Эти
параметры
по
падают
в
допустимые
пределы
питаю
щего
напряжения
не
только
для
уст
ройств
с
импульсными
блоками
пита
ния
,
но
и
для
бытовых
холодильников
.
Доработка
устройства
питания сверлилки
С
.
ГУРЕЕВ
, Радио, 201
2
, №
1
, с.
40
также
Радио, 201
1
, №
5
, с.
33
В
первоначальном
варианте
уст
ройства
увеличение
наг
-
руз
ки
на
вал электродвигателя
в
режиме
его
холо
стого
хода
определялось
по
увеличе
нию
потребляемого
тока
.
Увеличение
тока
при
затормажи
вании
вала
,
а
значит
,
и
приращение
падения
напряжения
на
датчике
тока
—
резисторе
R
5
—
незначительно
.
Это требовало
весьма
точной
подстройки
резистора
R
4
в
процессе
налаживания
.
Для
повышения
чувствительности датчика
тока
и
,
как
следствие
,
для облегчения
налаживания
автор
внёс
в
уст
-
ройство
некоторые
изменения
.
Добав
лены
резисторы
R
6
—
R
9
и
транзистор
VT
3,
на
которых собран
уз
ел
"
запуска
по
напря
-
жению
",
определяющий
нагруженное
состояние электродви
-
гателя
при
выходе
его
из режима
холостого
хода
по
измене
-
нию напряжения
на
его
выводах
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Преобразователь
напряжения с
регулируемой
частотой для
трёхфазного
асинхронного электродвига
теля
(
PIC
16
F
628,
PIC
16
F
873,
IR
2131
,
I
RG
4
BC
30
F
)
Б
.
ЮРЗИН
, Радио, 201
2
, №
1
, с.
41
-
43,
№
2
, с.
39
-
40
П
ре
об
разовател
ь
формируе
т
регулируемое
по
частоте
и
ампли
туде
трёхфазное
напряжение
из
однофазного
,
поступающего
от сети
220
В
, 50
Гц
.
Задачи
,
решае
мы
е
модулем
управления
пре
образова
-
те
ля
,
разде
лены
между
двумя
микроконтроллерами
серии
Р
I
С
16.
В
преобразователе
ис
пользован
алгоритм
формиро
вания трёхфазного
напряжения
по
базовым векторам с
регулированием
выход
ного
напряжения
путем
широтно
-
импульсной
модуляции
(
ШИМ
).
Технические
характеристики
Входное
однофазное
напря
жение
,
В
220
Максимальное
трёхфазное
напряжение
,
В
220
Частота
трёхфазного
напря
жения
,
Гц
1...60
Время
разгона
/
торможения
двигателя
,
с
5...99
Направление
вращения
прямое
/
обратное
Мощность
двигателя
(
два
режима
),
кВт
0,5; 1
Максимальный
ток
фазы
,
А
5
Частота
ШИМ
,
кГц
2,5
Частоту
выходного
напряжения
мож
но
оперативно
регулировать
перемен
ным
резистором
либо
изменять
с
помо
щью
кнопок
Предусмотрена
индикация уста
-
новленной
частоты
,
текущего
зна
чения
тока
фазы
,
кода
аварии
(
превы
шение
мгновенного
значения
тока
в
лю
бой
из
фаз
,
превышение
среднего
тока фазы
).
Конструктивно
преобразователь
со
стоит
из
двух
модулей
:
инвертора
и управления
.
Оба
собран
ы
на
платах размерами
155x95
мм
,
установленных одна
над
другой
в
пластиковом
корпусе размерами
160x160x120
мм
.
С обратной
стороны
в
корпус
вмон
-
тиро
ван
вентилятор
от
блока
питания
ком
пьютера
Имеется
также
отдельный пульт
с
переменным
резис
-
тором
уста
нов
ки
частоты
и
кнопками
управления
преобразователем
В
нём
же
находятся контактные
колодки
для
подключения питающей
сети
и
электро
-
двигателя
.
Блок
-
схема
преобразователя
одно
фазного
напря
-
жения
в
трёхфазное управляемой
частоты
изобра
-
жена
на
рис
.
3.
Он
состои
т
из
неуправляемого
выпрямителя
сетевого
напряжения
,
сглаживающего
фильтра
,
инвертора
по
стоянного
напряжения
в
трёхфазное
и системы
управления
.
Фильтр
на
выходе
выпрямителя
не
только
сглаживает пульсации
,
но
и
обеспечивает
возврат реактивной
энергии
двига
теля
во
время переходных
процессов
.
Инвертор
чаще
всего
выполняют
по
схеме
трехфазного моста
,
сос
-
тоящего
из
шести
электрон
ных
ключей
S
1
—
S
6
Регулирование частоты
и
амплитуды
поступающего
на двигатель
трёхфазного
напряжения осу
щест
вляется
путём
изменения
час
тоты
и
скважности
управляющих
ключами
импульсов
,
генери
руемых
системой управления
.
Векторное
управление
позволяет
су
щественно
расширить
интервал
изме
нения
частоты
,
обес
-
печить
точность
ре
гулирования
,
повысить
скорость
реак
ции
электропривода
на
уп
равляющие
воздействия
.
Несинусоидальная
форма
подавае
мого
на
двигатель
напряжения
приво
дит
к
росту
энергети
-
ческих
потерь Уменьшить
их
удаётся
за
счёт
усложне
ния
закона
изменения
скважности ШИМ
,
что
позволяет
приблизить
к
сину
соидальному
закон
изменен
ия
средне
го
значения
формируемого
инвертором напряжения
в
течение
его
периода
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Схема
модуля
инвертора
Схема
модуля
управления
Нажатиями
на
кнопку
SB
2 "
ОК
"
пере
ключают
страницы
пользовательского меню.
Нажимая
на
SB
4 "
Вверх
"
и
SB
5 "
Вниз
",
переме
щаются
по
пунк
там
выбранной
страницы
.
Программы
микроконт
роллеров
преобразователя
имеются
на
ftp
-
сервере
по
адресу
ftp
://
ftp
.
radio
.
ru
/
pub
/2012/02/
invertor
.
zip

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Усовершенствованный ограничитель
разрядки аккумуляторной
батареи
(
I
RF
4905
)
И
.
НЕЧАЕВ
, Ра
дио, 201
2
, №
1
, с.
47
Предлагаемое
устройство
постоянно
контролирует
напряже
ние
батареи
аккумуляторов
во
время
её
экс
-
плуатации
,
не
допус
кая
глубокой
разрядки
,
отрица
-
тельно
влияющей
на
состояние аккумуляторов
.
Чтобы
переключение
происходило более
четк
о
,
в
устройство
введена
поло
жительная
обратная
связь
через
резис
тор
R
4.
Благодаря
этому
устройство
об
ладает
гистерезисом
:
отключение
на
грузки
осуществляется
при
меньшем
на
-
пряжении
питания
,
чем
её
подключение Величину
гис
-
терезиса
можно
регулиро
вать
п
одборкой
резистора
R
4.
Импульсный
стабилизатор анодного
напряжения
(
I
RF
740
)
К
.
МОРОЗ
, Радио, 201
2
, №
2
, с.
26
Предлагаемый
простой
импульсный
ста
-
билизатор
анодного напряжения
предназ
начен
для
питания
лампового
УМЗЧ
.
Режим ламп
УМЗЧ
по
постоянному
току
был
подобран
по
наилучшему качеству
звучания
при
анодном
напряжении
250
В
.
Но
напряже
ние
сети
нестабильно
,
его
отклонения
от
номинала
выводят лампы
из
оптимального
режима
,
что
вызывает
заметное
ухудше
ние
звучания
УМЗЧ
.
Стабилизация
анодного
напряже
ния
сохра
няет
оптимальный
режим
ламп
и
,
соответственно
,
высокое
ка
чество
звучания
.
Вход
стабилизатора
под
ключают
к
выходу
диодного моста
,
выпрямляющего
на
пряжение
с
анодной
обмотки имеющегося
в
УМЗЧ
низко
-
частотного
сетевого
транс
форматора
.
Стабилиза
тор
использован
для
питания
стереоусилителя
с
однотактными
вы
ходными
каскадами
на
лучевых
тетро
дах
6
ПЗС
.
Потребляемый
усилителем ток
не
превышает
150
мА
.
Кассета
для
гальванических элементов
И
.
НЕЧАЕВ
, Радио, 201
2
, №
2
, с.
34
Кассета описанной конс
трукции удобна и для сборки
батареи дисковых элементов (аккумуляторов) типоразме
-
ров
L
43
,
L
44 и т. д., а также серии
CR
.
Основой
кассеты
служит
одноразо
вый
пластмассовый
инъекционный шприц
.
Медицина
использует
довольно
большое
число
типоразмеров
таких ш
прицев
,
поэтому
нетрудно
подобрать наиболее
подходящий
из
них
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Защита аккумуляторной батареи системы аварийного освещения
(
TL
431)
И
.
ЦАПЛИН
, Радио, 201
2
, №
2
, с.
41
-
42
Для
аварийного
освещения
жилых
помещений
во
время нередких
сегодня
отключениях
бы
товой
сети
переменного
тока часто
применяют
низковольтные
светодиодные
светильники
,
питая
их
от
аккумуляторной
батареи
.
Но
о
батарее
приходится заботиться
,
не
допуская
её
чрезмерной
разрядки
,
защищая
от превышения
допустимого
тока
нагрузки
и
не
включая
ава
рийное освещение
на
длительное
время
.
Хотя
автор
выполнил
их
в
виде отдельных
конструкций
,
они
вполне могут
быть
размещены
в
корпусе
мно
гих
ИБП
.
Простейшее
устройст
во
,
схема
которого
показа
на
на
рис
.
1,
защищает аккумуляторную
батарею от
глубокой
разря
дки
. Установ
лен
порог
около
11,5
В
,
что
предотвра
щает
глубокую
разрядку
батареи
.
Её нагрузкой
(
R
н
)
могут
служить
любые электро
приборы
,
рассчитанные
на
пи
тание
постоянным
напряжением
12
В при
потребляемом
токе
не
более
750
мА
.
Например
,
светодиодные
све
тильники
.
Если
описанное
выше
устройство дополнить
таймером
,
как
показано
на рис
. 3,
нагрузка
(
ава
-
рийное
освеще
ние
)
станет
подключаться
лишь
на ограниченное
время
,
что
позволит
эко
номить
энергию
аккумуляторной
бата
реи
.
Время
до
автоматического
отклю
че
ния
нагрузки
зависит
от
постоянной времени
цепи
R
2
C
1
и
может
достигать нескольких
минут
.
Если
требуется
защитить
батарею
не только
от
чрезмерной
разрядки
,
но
и
от превышения
тока
нагрузки
,
схему
ис
ходного
варианта
устройства
(
см
.
рис
.
1
)
можно
доп
олнить
узлом
токовой
защи
ты
,
как
показано
на
рис
.
5.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Простое устройство разрядки аккумулятора
А
.
СУЧИНСКИЙ
, Радио, 201
2
, №
2
, с.
41
-
42
Также
Радио, 2011, № 12, с. 28
-
29
Автор
использует
для
разрядки
акку
муля
торов
упрощённое
устройство
,
со
бранн
ое
на
отечественных
элементах
.
Оно
также
питается
только
от
разряжае
мого
аккумулятора
и
авто
-
матически
от
ключается
от
него
при
снижении
его
на
пряжения
до
заданного
уровня
0,95...1
В
.
Подборкой
резистора
R
3
устанавливают
необходимый
ток
разрядки
.
Предлаг
аемое
устройство уступает
прототипу
по
т
емператур
ной
ста
бильности
,
так
как
оно
не
содержит
источ
ников
образцового
напряжения
.
Переделка
компьютерного блока
питания
в
лабораторный и
зарядное
устройство
Б
.
АНДРЮШКЕВИЧ
, Радио, 201
2
, №
3
, с.
22
-
23
В
пр
едлагаемой
статье
автор
делится
опытом
переделки блока
питания
ATX
LPQ
2
номинальной
мощностью
250
Вт
в устройство
для
зарядки
свинцово
-
кислотных
аккумуляторных батарей
и
в
лабораторный
блок
питания
с
регулируемым
выход
ным
стабилизированным
напряжением
0
..
.30
В
и
регулируемым ограничением
тока
нагрузки
0,1...10
А
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Цифровой
измеритель
ёмкости и
внутреннего
сопротивления аккумуляторов
(
ATmega
8
)
М
.
ОЗОЛИН
, Радио, 201
2
, №
3
, с.
20
-
21
Предлагаемое
устройство
предназначено
для
измерения
ёмко
сти
и
внутре
ннего
сопротивления
Ni
-
Cd
и
Ni
-
MH
аккуму
-
ляторов
.
Предусмотрена
звуковая
индикация
чрезмерно
низкого
напряже
ния
аккумулятора
,
а
также
момента
оконча
-
ния
его
разряда
. И
змерение
емкости
аккумулятора основано
на
его
разрядке
стабиль
ным
током
,
измерением
вре
мени
раз
-
рядки
и
перемножением
этих
значений
.
При
измерении
внутреннего
сопротив
ления
прибор
измеряет
напряжение
аккумулятора
без
нагрузки
,
затем
под нагрузкой
током
1
А
и
на
основе
этих данных
вычисляет
внутреннее
сопро
тивление
аккумулятора
.
После
подключения
аккумулятора устанавливают
напряже
ние
,
до
которого его
нужно
разрядить
нажатием
на
кноп
ки
SB
3
и
SB
4.
Шаг
установки
при
кратко
временном
нажатии
—
0,1
В
.
При
удер
жании
кнопки
первые
десять
значений шага
—
0,1
В
,
затем
—
1
В
.
Далее
нажа
тием
н
а
кнопки
SB
1
и
SB
2
устанавли
вают
ток
разрядки
.
Максимальное
значение
разрядного тока
—
2,55
А
.
Как
только
ток
разряда примет
значение
больше
нуля
(
при
на
пряжении
аккумулятора
больше
установ
ленного
порога
или
равном
ему
),
звуко
вой
сигнал
исчезнет
,
а
све
тодиод
HL
1
начнёт
мигать
с
частотой
0,25
Гц
.
При нажатии
на
кнопку
SB
5
измеряется
и
за
поминается
напряжение
без
нагрузки
,
затем
под
нагрузкой
,
вычисляется
внут
реннее
сопротивление
в
омах
,
которое
выводится
в
младшие
разряды
индика
тора
с
символом
г
,
как
показано
на
фото.
Программы
микроконтроллера находятся
на
FTP
-
сервере
по адресу
ftp //ftp.radio.ru/pub/
20
1
2/03/accmeter.zip

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Разработки
японских
радиолюбителей
(
автоматика
)
Подготовил
С
.
РЮМИК
, Радио, 201
2
, №
3
, с.
31
-
33
,
№
5
, с.
40
Плавный
пуск
элект
родвигателя
(
рис
. 1)
"
Световое
"
управление
двигате
лем
(
рис
. 3
)
Предотвращение
чрезмерной разрядки
литий
-
полимерной
акку
муляторной
батареи
(
рис
. 4
)
Автоматическое
отключение
ли
тий
-
ионного
аккумулятора
(
рис
. 5)
Снижение
мощности
,
рассеи
ваем
ой
на
коммутаторе
постоянно
го
напряжения
(
рис
. 7)
Регулирование
тока
через
светодиоды
(
рис
. 8)

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Импульсный
стабилизатор тока
ZXLD
381
для
питания светодиодов
Подготовил
М
.
ЕВСИКОВ
, Радио, 201
2
, №
3
, с.
46
-
47
Микросхемы
ZXLD
381
производства фирмы
D
iodes
Incorporated
пред
назначены
для
питания
светодиодов
от одного
гальваничес
-
кого
элемента
или аккумулятора
в
малогабаритных
радио
элек
-
тронных
устройствах
.
По
прин
ципу
действия
стабилизатор
ZXLD
381
представляет
собой
повышающий
пре
образователь
напряж
ения
со
стабили
зацией
тока
нагрузки
,
что
обеспечивает независимость
яркости
свечения
свето
диодов
от
напряжения
источника
пита
ния
.
Для
работы
стабилизатора
необхо
дим
только
один
внешний
компонент
—
накопительный
дроссель
,
подборкой которого
по
индуктивн
ости
можно
из
менять
средний
ток
через
светодиоды
.
Основные технические
характеристики
Напряжение
питания
,
при котором
включается
ста
билизатор
,
В
,
типовое
значение
0,8
максимальное
значение
0,9
Напряжение
питания
,
В
,
минимальное
0,9
ма
ксимальное
2,2
Ток
срабатывания
узла
защи
ты
выходного
транзисто
ра
минимальное
значение
,
мА
,
250
типовое
значение
,
мА
,
320
максимальное
значение
,
мА
,
400
Падение
напряжения
на
от
крытом
транзисторе
,
В
,
при
токе
коллектора
200
мА
,
типо
вое
0,1
максимальное
0,3
Ток
утечки
закрытого
транзи
стора
,
мкА
,
при
выходном напряжении
20
В
,
минимальный
40
типовой
70
максимальный
120
Номинальная
частота
такто
вого
генератора
,
кГц
350
Предельно
допустимые
з
начения
Напряжение
питания
,
В
0,6...+10
Напряжение
на
выходе
отно
сительно
общего
вывода
,
В
-
0,6...+20
Выходной
ток
,
мА
800
Рассеиваемая
мощность
,
Вт
0,45
Рабочий
интервал
темпера
туры
окружающей
среды
,
°С
0...+85
Температура
хранени
я
,
°С
55...+150
Более
совершенная
схема
включе
ния
изображена
на
рис
.
9.
Введение диода
Шотки
VD
1
и
сглаживающего
кон
денсатора
С
1
практически
устраняет пульсации
тока
через
светодиод
EL
1.
Конденсатор
С
1
должен
иметь
низкое значение
ЭПС
,
т
.
е
.
быть
,
например
,
керамическим
с
диэлектриком
из
мате
риала
XSR
или
XZR
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Импульсные
стабилизаторы тока
HV
9921
—
HV
9923
для
светодиодов
Подготовил
М
.
ЕВСИКОВ
, Радио, 201
2
, №
4
, с.
45
-
47
Трёхвыводные
импульсные
стабили
заторы
тока
HV
9921,
HV
9922,
HV
9923
произ
водства
фирмы
Supertex
inc
пред
назначены
для
питания
светодиодов стабилизированным
током
20, 50
и
30
мА
соответственно
в
условиях
изме
нения
напряжения
источника
пи
-
тания
в весьма
широких
пределах
—
от
20
до
400
В
.
В
частности
,
таким
источ
ником
может
слу
жить
выпрямительный мост
,
на
который
подано
напряжение сети
,
причём
применение
конденсато
-
ра
,
сглаживающего
пульсации
выпрям
ленного
напряжения
,
необя
-
зательно
.
Регулирование
тока
через
светодиоды не
предусмотрено
.
Стабилизатор
тока
содержит
уст
ройств
о
управления
,
RS
-
триг
гер
DD
1,
управляющий
выходным
транзистором
VT
1,
с
буферным
усилителем
сигнала
DA
2,
элемент
временной
задержки
DT
1,
компа
-
ратор
напряжения
DA
1,
источник образцового
напряжения
G
1,
резистор
R
1
—
датчик
тока
истока
выходного транзистора
,
управляемый
электрон
ный
выключа
тель
SA
1
и
встроенный стабилизатор
DA
3
с
выходным
напря
жением
7,5
В
,
обеспечи
вающий
пита
ние
всех
узлов
прибора
.
Предельно
допустимые
значения
Напряжение
на
выводе
3
от
носительно
вывода
2,
В
0,3...+ 10
Максималь
ный
ток
внешней нагрузки
,
подключаемой
к выводам
3
и
2,
мА
5
Максимальная
рассеивае
мая
мощность
,
Вт
,
при температуре
окружаю
щей
среды
25
°С
,
для
ИМС
в
корпусе
ТО
-
92
0,74
SOT
-
89
1,6
Рабочий
интервал
темпера
туры
окружающей
среды
,
°С
-
40...+85
Температура
кристалла
,
°С
-
40...+125
Температура
хранения
,
°С
-
65...+150

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Универсальные
стабилизаторы тока
HV
9910
и
HV
9910
B
Подготовил
М
.
ЕВСИКОВ
, Радио, 201
2
, №
5
, с.
45
-
47
М
икросхема
HV
9910
и
ее
улучшенная
модификация
HV
9910
B
п
роизводства
фирмы
Supertex
inc
.
—
основа
импульсного
регулируемого
ста
билизатора
тока
для
питания
светодиод
ных
цепей
.
Выходное
напряжение
этих приборов
в
зависимости
от
конкретных условий
их
применения
может
быть
как больше
напряжения
питания
,
так
и
мень
ше
.
Интервал
напряжения
питания исключи
-
тельно
широк
—
от
8
до
450
В
.
Преимущественная
область
исполь
зования
этих
микросхем
—
питание
светодиодов
,
в
том
числе
мощных
,
в
осве
тительных
приборах
и
устройствах
с управляемой
стабильной
яркостью
излучения
—
в
сигнальных
и
рекламных панелях
светодиодной
подсветки
,
ком
пьютерных
мони
-
торах
,
телевизорах
,
портативных
компьютерах
,
светодиод
ных
фонарях
и
прожекторах
,
установ
-
ках декоративного
освещения
.
В
них
нет
встроенного
мощного выходного
транзистора
,
он
должен
быть внешним
—
переключательным
поле
вым
,
n
-
канальным
.
Это
одно
из
важных отличий
таких
стабилизаторов
тока
от МР
2481
и
HV
9921
—
HV
9923.
Стабилизаторы
тока
HV
9910
выпус
кают
в
пластиковых
корпусах
DIP
8,
SOIC
8
и
SOIC
16,
a
HV
9910
B
—
SOIC
8
и
SOIC
16.
На
рис
. 2
—
включени
е
микросхемы
по схеме
понижающего
напряжение
им
пульсного
стабилизатора
.
Типы
и
номи
налы
элементов
устройства
соответ
ствуют
случаю
питания
током
900
мА одного
мощного
светодиода
EL
1
белого свечения
при
падении
напряжения
на нём
4,5
В
.
На
рис
.
3
показана
схема
импуль
сного
преобразователя
,
собранного на
микросхеме
серии
HV
9910
и
способ
ного
питать
нагрузку
как
напряжением
,
большим
входного
(
иногда
это
назы
вают
режимом
повышения
напряже
ния
),
так
и
меньшим
(
режим
понижения напряжения
).
Нагр
узкой
может
служить цепь
,
состоящая
из
3
—
8
последова
тельно
соединённых
светодиодов
.
Ток
нагрузки
может
достигать
350
мА
при
падении
напряжения
на
одном
светодиоде
около
3
В
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Электромеханический стабилизатор сетевого
напряжения
(
К14
01УД2
)
И
.
ГОРДЕЕВ
, Радио, 201
2
, №
4
, с.
21
-
22
В
предлагаемом
стаби
лизаторе
реализована
аналоговая
сис
тема
управления
по
возмущающему
действию
,
в
результате
чего
достигнута более
высокая
точность
стабилизации выходного
напря
-
жения
(
±
5
В
,
что
со
ставляет
±
2,3%).
Основны
е технические
характеристики
Минимальное
входное
на
пряжение
,
В
100
Максимальное
входное напряжение
,
В
240
Минимальное
выходное напряжение
,
В
215
Максимальное
выходное напряжение
,
В
225
Максимальный
ток
нагрузки
,
А
8
Регулируемый
авто
трансформатор
Т
1
включён
"
наоборот
".
Традиционно
напряжение
сети
подают
на
отвод
"~220
В
",
а
выходное
напряже
ние
снимают
с
подвижного
контакта
-
щётки
относительно
общего
провода
—
начала
обмотки
"~0
В
".
В
предлагаемом
устройстве
напряжение
сети
подаётся на
участок
обмо
тки
между
началом
её
(~0
В
)
и
подвижным
контактом
-
щёткой
,
а
выходное
—
снимают
с
выво
-
дов
"~0
В
"
и
"~220
В
".
Преимущество
такого
вклю
-
чения
—
возможность
получить
выход
ное
напря
-
жение
220
В
при
существен
ном
уменьшении
напря
-
же
ния
сети
(
до
100
В
),
чего
н
ельзя
достичь
при
тради
ционном
включении
.
Когда
выходное
напряжение
больше номиналь
-
ного
,
ротор
двигателя
враща
ется
и
передвигает
подвижный
контакт автотрансформатора
в
одном
направ
лении
,
а
когда
меньше
—
в
другом
,
до тех
пор
,
пока
напряжение
на
обмотке
I
не
уменьшится
до
значения
,
при
кото
ром
вращающий
момент
не
станет меньше
момента
торможения
.
При
этом на
выходе
стабилизатора
устанавлива
ется
напряжение
,
близкое
к
номиналь
ному
сетевому
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Регулятор
мощности
паяльника на
микроконтроллере
PIC
16
F
628
A
А
.
ГАВРИЛОВ
, Радио, 201
2
, №
4
, с.
32
-
33
В основу
работы
регулятора
положен прин
цип
изменения
числа
периодов напряжения
сети
,
пропускаемых
в
на
грузку
(
паяльник
),
в
течение
опреде
ленного
времени
.
Этот
оптрон
оснащён
встроенным узлом
,
обеспечивающим
о
ткрывание
оптосимистора
только
вблизи
момен
тов
перехода
напряжения
сети
через нуль
при
наличии
управ
-
ляющего
им
пульса
тока
через
излучающий
диод
.
Мощный
симистор
VS
1
открывается одновременно
с
оптосимистором
.
За
крываются
оба
симистора
в
конце полупе
рио
да
,
в
течение
которого
были
открыты
,
если
управляющий
импульс в
этот
момент
отсутствует
.
Импульсы
управления
симистором формирует
микроконтроллер
DD
1
на выходе
RA
7.
Он
же
управляет
узлом индикации
уровня
выходной
мощности
HL
2
—
HL
8
и
опросом
кнопок
упр
авления
SB
1,
SB
2,
служащих
для
увеличе
ния
("
Плюс
")
и
уменьшения
("
Минус
")
мощности
.
Одиночное
нажатие
на
каж
дую
из
кнопок
изменяет
уровень
мощ
ности
примерно
на
10 %
в
ту
или
иную
сторону
.
Долговременное
нажатие приводит
к
пошаговому
безостановоч
ному
из
менению
мощ
-
ности
,
которое останавливается
при
отпускании
кноп
ки
.
По
достижении
минимума
(
макси
мума
)
мощности
дальнейшее
нажатие на
"
Минус
" ("
Плюс
")
ничего
не
меняет
.
Программой
микроконт
-
роллера
пре
дусмотрены
семь
ступеней
изменения выходной
мощности
—
от
40 %
номи
нального
значения
до
100 %.
Один
цикл программы
длится
около
200
мс
—
десять
периодов
сетевого
напряжения
.
При
выключении
питания
регулято
ра
энергонезависимая
память
микро
контроллера
сохраняет
последний выбранный
уровень
мощности
,
кото
рый
и
устанавливается
при
очередном включении
устройства
.
Индикатор
установленной
мощнос
ти
собран
на
с
в
етодиодах
HL
2
—
HL
8.
Свечение
"
жёлтых
"
светодиодов
HL
2
—
HL
4
соответствует
мощности
паяльника примерно
от
40
до
60 %
макси
маль
-
ной
,
а
"
красных
"
HL
5
-
HL
8
-
от
7
0
до
100 %.
Светодиоды
размещены
один
за
дру
гим
,
образуя
световую
шкалу
.
Оба
варианта
программы
микроконтроллера
раз
мещены
на
FTP
-
сервере
по
адресам
ftp://ftp.radio.ru/pub/2012/04/reg1.zip
ftp://ftp.radio.ru/pub/2012/04/reg2.zip

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Устранение
миган
ия люминесцентной энергосберегающей
лампы
К
.
МОРОЗ
, Радио, 201
2
, №
4
, с.
41
Выключатель
со
светящимся
ин
ди
катором
разомкнутого сос
-
тояния
контактов
плохо
совместим
с
современной
люминес
центной
энергосберегающей
лампой
.
Инди
-
катор
выключателя вызывает
кратковременные
периодические
вспышки
(
мигание
)
лампы
.
Эту
проблему
обычно
устраняют
уда
-
лением
индикатора
,
что
вызывает
другую
проблему
:
выключатель
без
индикатора трудно
найти
в
темноте
.
В
статье
предложено
очень
простое
тех
ническое
реше
-
ние
,
устраняющ
ее
мигание
лампы
.
Индикатор
разрядки аккумуляторов
(
КП504,
КП50
5
)
А
.
ОЗНОБИХИН
, Радио, 201
2
, №
4
, с.
56
Для
питания
портативной
радиоэлек
тронной
аппаратуры
часто
исполь
зуют
аккумуляторные
батареи
.
К
сожале
нию
,
далеко
не
во
всех
устройствах
пред
усмотрен
контро
ль
напря
-
жения
батареи
в процессе
эксплуатации
,
что
чревато
её
чрезмерной
разрядкой
.
В
подобных
слу
чаях
будет
полезен
предлагаемый
инди
катор
,
сигнализирующий
о
снижении
на
-
пряжения
батареи
до
допустимого
преде
ла
зажиганием
светодиода
.
Его
можно встроить
в
любое
промышленное
или
любительское
устройство
с
напряжением питания
от
4,5
до
10
В
.
Индикатор
эконо
мичен
—
потребляемый
им
ток
в
дежур
ном
режиме
не
превышает
нескольких микроампер
(
возрастает
примерно
с
4
при
напряжении
4,5
до
8
при
10
В
),
а
в
ре
жим
е
индикации
—
около
600
мкА
(
при номинальном
напряжении
4,5
В
).
Смонтированную
плату
размещают
в любом
подходящем
месте
аппарата
,
светодиод
же
устанавливают
там
,
где
его
свечение
легко
наблюдать
(
например
,
на передней
панели
).
Настройка
индикатора
сводится
к установке
порога
вклю
-
чения
светодиода
HL
1,
равного
минимально
допустимому
напряжению
аккумуляторной
батареи
.
Для
этого
,
установив
движок
подстроечного
резистора
R
2
в
верхнее
(
по
схеме
)
положение
,
подают
на
устройство
от
лабораторного
источника
напряжен
ие
,
при
котором
светодиод
должен
зажигать
ся
,
и
,
медленно
перемещая
движок
подстроечного
резистора
R
2,
добиваются его
полного
включения
.
Рабочий
ток
све
тодиода
можно
увеличить
уменьшением сопротивления
резистора
R
4,
однако делать
это
вряд
ли
целесообразно
—
при использовании
светодиода
повышенной яркости
его
свечение
хорошо
заметно
и при
токе
около
600
мкА
.
Именно
такой
ток через
светодиод
следует
установить
под
-
бором
резистора
в
том
случае
,
если напряжение
батареи
больше
4,5
В
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Мощный
стабил
изатор двухполярного
напряжения для
УМЗЧ
(
IRF
4905,
IRL
2505)
А
.
КУЗЬМИНОВ
, Радио, 201
2
, №
5
, с.
18
-
20
Автор
предлагает
двухполярный
стабилизатор
напряжения питания
,
пригодный
для
усилителей
мощностью
до
50
—
100
Вт на
канал
.
Устройство
выполнено
на
мощных
полевых
транзисто
рах
,
способных
работать
при
многократных
кратковре
-
менных перегрузках
по
току
.
Применение
таких
стабилизаторов
в
значи
тельной
степени
оправдано
в
усилителях
с
высокой
чувствитель
ностью
к
изменению
и
пульсациям
питающего
напряжения
,
что
особенно
присуще
несложным
усилителям
без
общей
обратной связи
.
Параметры
описываемого
стабили
затора
следую
-
щие
.
При
выходном
на
пряжении
в
27
В
его
макси
-
мальный
ток достигает
4,5
А
.
При
таком
токе
нагруз
ки
минимальное
рабочее
напряжение между
входом
и
выходом
не
превышает
0,25
В
.
Разница
между
выходным
на
пряжением
стабилизатора
без
нагрузки и
напряжением
при
токе
нагрузки
в
4,5
А
составляет
не
более
0,15
В
,
при
токе
в
6
А
эта
разница
не
превышает
0,16
В
.
Такие
параметры
стабилизатора обеспечивают
при
мененные
в
нем
мощ
ные
полевые
транзисторы
—
IRF
4905 (
p
-
канальный
)
с
максимальным
током
сто
ка
74
А
и
сопротивлением
открытого канала
в
0.02
Ом
и
IRL
2505 (
n
-
канальный
),
с
соответ
-
ствующими
током
104
А и
сопротивлением
0,008
Ом
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Цифровой
вольтметр
сетевого
напряжения
(
PIC
16
F
676
)
В
.
СУРОВ
, Радио, 201
2
, №
5
, с.
22
-
23
Предлагаемый прибор
имеет
малые
габариты
и
размещён
в сетевом
разветвителе
.
Он
рассчитан
на
кругло
суточную
работу
,
питается
от
электросети
и показывает
её
напряжение
на
трёхразрядно
м цифровом
индикаторе
.
Применение
ОУ
DA
1.1
существенно
ос
-
лабляет
влияние
нелинейности
характе
ристики
диода
VD
2
в
области
прямой проводимости
.
Выпрямленное
пульси
рующее
напряжение
,
сглаженное
двухзвенным
фильтром
НЧ
R
8
R
9
C
3
C
6.
по
ступает
на
повторитель
на
пряжения
на ОУ
DA
1.2,
который
имеет
низкое
выход
ное
сопротивление
для
согласования
с
входом
встроенного
АЦП
микроконт
роллера
DD
1 (
вывод
3).
Микроконтрол
лер
по
программе
обрабатывает
сигнал с
выхода
АЦП
и
два
раза
в
секунду
выво
дит
результат
на
индикато
р
HG
1.
Программы
микроконт
роллера
находятся
на
FTP
-
сервере по
адресу
ftp://ftp.radio.ru/pub/2012/05/cv220.zip

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Измерительное
устройство для
блока
питания
(
PIC
16
F
73
)
П
.
ЧУБАРОВ
, Радио, 201
2
, №
5
, с.
24
Предлагаемое
устройство
предназначено
для
встраивания
в лабораторный
блок
питания
.
Собрано
оно
на
микроконтроллере
,
светодиодных
семиэлементных
индикаторах
и
предназначено
для
измерения
выходных
напряжения
и
тока
. У
стройство
является
упрощённым вариантом
аналогичного
прибора
,
описание
которого
бы
ло
опубликовано в
журнале
"
Радио
", 2007,
№
7,
с
.
26
-
28 (
Заец
Н.
"
Усовершенствованное
цифро
вое
устройство
защиты
с
функцией измерения
").
По
сравнению
с
прототи
пом
применен
более
доступный
микро
контроллер
и
упрощена
схема
за
счет
исключения
защиты
от
прев
ышения тока
и
напряжения
.
Предполагается
,
что такая
защита
реализована
в
самом блоке
питания
В
связи
с
этим
управ
ляющая
программа
микроконтроллера
была
разработана
заново
Интервалы измерения
напряжения
—
0...25,5
В
с разрешением
0,1
В
,
тока
—
0...1,55
А
с
разрешением
0,01
А
.
Следует
отметить
,
что
датчик
тока
(
резистор
R
4)
включён
последователь
но
с
нагрузкой
,
поэтому
показания вольтметра
будут
завышены
на
значе
ние
падения
напряжения
на
этом
датчи
-
ке
Погрешность
пропорциональна
току нагрузки
и
при
1
А
равна
0
,
12
В
.
Этот недостаток
устройства
можно
устра
нить
коррекцией
программы
МК
.
Программ
а для
микроконт
роллера
наход
и
тся
на
FTP
-
сервере по
адресу
ftp://ftp.radio.ru/pub/2012/05/
vamper
.zip

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Малогабаритный регулируемый
блок
питания
(
TL
431
)
А
.
БУТОВ
,
Радио, 201
2
, №
5
, с.
55
-
56
Предлагаемое
устройство
обеспечивает
стабилизи
рованное
напряжение
(
регули
руемое
) 2,5...9
В
при
токе
нагрузки
до
250
мА
и амплитуде
пульсаций
не
более
5
мВ
.
Потребляемый
от
сети
ток
при
отклю
ченной
нагрузке
не
превышает
13
м
А
.
Конструктивная
основа
устройства
—
малогабарит
ный
сетевой
источник
пи
тания
БП
2
-
3,
предназначен
ный
для питания
калькуляторов
.
С
его
печатной платы
удалены
все
элементы
и
печат
ные
проводники
,
оставлен
только
пони
жающий
трансформатор
.
Регулируемый
двухполярный блок
питания
(
M
5230
L
)
А
.
КУЗЬМИНОВ
, Радио, 201
2
, №
6
, с.
18
-
19
Предлагаемый
блок
вырабатывает
двухполярное
напряжение
,
регулируемое
с
помощью
одного
переменного
резистора
.
Основные технические
характеристики
Выходное
напряжение
,
В
мини
мальное
2x3
максимальное
2x15
Пульсации
выходного
на
пряжения
,
мВ
,
не
более
1
Максимальный
ток
нагрузки
,
А
0,3
Габариты
,
см
7x7x12

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Зарядное
устройство
для
трёх
Ni
-
Cd
или
Ni
-
MH
аккумуляторов
(
ATmega
8
)
С
.
САМОЙЛОВ
, Радио, 201
2
, №
6
, с.
18
-
19
В
статье
описано
микроконтроллерное
зарядное
устройство для
Ni
-
Cd
и
Ni
-
MH
аккумуляторов
с
функцией
предварительной разрядки
и
контролем
окончания
зарядки
по
спаду
напряжения
и по
времени
.
В
предлагаемом
зарядном
устройст
ве
для
аккумуляторов
типор
азмера АА
установка
макси
-
мальной
продолжи
тельности
зарядки
производится
раз
дельно
для
каждого
из
трёх
аккумулято
ров
,
которые
могут
быть
разного
типа
и ёмкости
.
Время
окончания
зарядки
каж
дого
аккумулятора
микроконт
-
роллер рассчитывает
в
зависимости
от
его емкости
,
установленной
соответствую
щим
переключателем
.
Имеется
воз
можность
выбрать
следующие
значе
ния
:
600, 750, 1000, 1200, 1300, 1500, 1600, 1800, 2000,
2100, 2200. 2300, 2400, 2500, 2700, 2800
мА
·
ч
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Зарядка может
автоматически
прекратит
ься
и досрочно
,
если
при
очередном
измере
нии
нап
-
ря
жения
аккумулятора
микро
контроллер
зафиксирует
его
снижение относительно
предыдущего
значения
.
Для
каждого
из
трёх
независимых каналов
предусмотрено
десять
режи
мов
работы
с
соответ
-
ствующей
индика
цией
:
1)
светодиод
выключен
—
аккумуля
тор
не
подключён
;
2)
светодиод
светит
постоянно
зелё
ным
цветом
—
идёт
разрядка
аккумуля
тора
.
В
этот
режим
канал
переходит автоматически
после
подключения
к соответствующим
контактам
разъёма Х
2
исправного
аккумулятора
пр
и
его напряжении
более
0,6
В
;
3)
светодиод
мигает
жёлтым
цветом со
скважностью
2
—
идёт
предвари
тельная
зарядка
аккумулятора
током около
45
мА
до
напряжения
1,1
В
.
Этот режим
включается
автоматически
на
время
не
менее
двух
минут
после
разряд
ки
аккумулятор
а
до
напряжения
0,6
В
;
4)
светодиод
мигает
зелёным
и
крас
ным
цветами
в
течение
3
с
—
отмена предварительной
разрядки
аккумулято
ра
и
принудительный
переход
в
режим зарядки
.
Для
этого
необходимо
в
режи
ме
разрядки
(
до
её
окончания
)
отклю
чить
аккумулятор
и
в
течение
3
с
под
ключить
его
обратно
;
5)
светодиод
светит
постоянно
крас
ным
цветом
—
идет
зарядка
аккумуля
тора
;
6)
светодиод
светит
постоянно
жёл
тым
цветом
—
идёт
окончательная
дозарядка
аккумулятора
током
около
45
мА
;
7)
светодиод
мигает
зелёным
цвет
ом со
скважностью
3
—
зарядка
окончена
;
8)
светодиод
мигает
красным
цве
том
со
скважностью
2
—
неисправный аккумулятор
(
напря
-
же
ние
на
нём
в режиме
зарядки
превысило
1,95
В
);
9)
светодиод
дважды
мигнул
жел
тым
/
зелёным
цветом
—
подтверждение изменения
поло
жения
переключатели
,
задающего
ёмкость
заряжаемого
акку
мулятора
.
Если
оно
изменено
во
время
зарядки
,
счётчик
времени
зарядки
не обнуляется
,
его
отсчёт
продолжается
;
10)
светодиод
мигает
красным
цве
том
со
скважностью
3
—
канал
разряд
ки
зарядки
неисправен
.
Светодиод
HL
4
сигнализирует
о наличии
напряжения
питания
.
После
его подачи
производится
проверка
каналов разрядки
/
зарядки
,
по
завершении
кото
рой
светодиод
HL
4
трижды
мигает
.
Файлы
печатных
плат зарядного
устройства
в
формате
Sprint
Layout
5.0
и
прогр
аммы
его
микроконтрол
лера
имеются
по
адресу
ftp://ftp.radio.ru/pub/2012/06/zu.zip

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Из
деталей
энергосберегающих люминесцентных
ламп
...
И
.
НЕЧАЕВ
, Радио, 201
2
, №
6
, с.
26
-
28
Что
же
содержит
электронная
"
на
-
чинка
"
КЛЛ
?
На
рис
.
1
показан
один
из вариант
ов
схемы
ЭПРА
для
питания
лампы
мощностью
11...20
Вт
.
Интерес
для
радиолюбителей
пред
-
ставляет
неуправляемый
симметрич
-
ный
динистор
DB
3
с
фиксированным
напряжением
включения
U
вкл = 32
±
4
В
(
применяют
симисторы
и
с
иным
значе
нием
этого
параметра
—
DC
34,
DB
4,
W
348).
Самое
очевидное
применение
динистора
—
в
RC
-
генераторах
,
как
это
и сделано
в
КЛЛ
.
Если
в
такой
генератор ввести
светодиод
или
акустический
излучатель
,
он
превратится
в
источник световых
или
звуковых
сигналов
.
Схема генератора
световых
импульс
ов
пока
зана
на
рис
.
2.
а
.
Заменив
светодиод
и
резистор
R
2
звуковым
излучателем
НА
1,
например
,
головным
телефоном
(
или
динамиче
ской
головкой
)
сопротивлением
30
Ом и
более
,
получим
генератор
звуковых импульсов
(
рис
. 2,
б
).
Чтобы
применить в
нём
пьезокерамич
еский
звукоизлуча
-
тель
,
например
,
ЗП
-
3,
надо
параллель
но
ему
подключить
дроссель
L
1
и
полу
чившуюся
цепь
(
рис
. 2,
в
)
включить
вме
сто
звукоизлучателя
НА
1 (
рис
. 2,
б
)
Дроссель
L
1
индуктивностью
1
мГн
—
от
сетевого
фильтра
КЛЛ
.
Схема
сигнализатора
превышен
ия сетевого
напряжения
показана
на
рис
.
3,
а
.
Его
основа
—
RC
-
генератор на
динисторе
VS
1.
Схема
сигнализатора
снижения
на
пряжения
изображена
на
рис
.
7.
Он
со
держит
два
RC
-
генератора
.
Индикатор
напряжения
сети
,
ра
ботающий
по
принципу
"
мень
ше
—
норма
—
больше
",
можно
собрать
по схеме
,
изображённой
на
рис
.
10.
В его
состав
входят
три
RC
-
генератора на
динис
-
торах
,
работающих
незави
симо
один
от
другого
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Двунаправленные стабилизаторы тока
О
.
ИЛЬИН
, Радио, 201
2
, №
6
, с.
29
-
30
Статья
содерж
ит
краткий
обзор некоторых
популярных
схемотехнических
решений
двунап
-
рав
ленных
стабилизаторов
тока
,
описанных
в
научно
-
технической
и патентной
литературе
.
В
статью
включены
также
оригинальные разработки
автора
,
свободные
от
ряда
недостатков
,
присущих из
вестным
рассматриваемым
устройствам
.
Двунаправленные
стабилизаторы
то
ка
,
способные
работать
при
любой полярности
подводи
-
мого
напряжения
,
находят
применение
во
многих
функ
циональных
узлах
и
блоках
радиоэлек
-
тронной
аппаратуры
,
например
,
в
гене
раторах
и
программно
-
временных
уст
ройствах
,
содер
-
жащих
электрохимиче
ские
интеграторы
с
дискретным
считы
ванием
информации
,
в
радиоизме
-
рительных
устройствах
,
в
уст
ройствах
зарядки
—
разрядки
аккумуля
торов
и
др
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Сварочный
полуавтомат
Г
.
КСЕНЗ
, Ради
о, 201
2
, №
6
, с.
32
-
35
Электродуговая
сварка
плавящимся электродом
в
среде
углекислого газа
становится
сейчас
всё
более
популярной
.
Углекислота
защищает
зо
ну
сварки
от
вредного
воздействия атмосферного
воздуха
,
а
также
активно участвует
в
сварочном
про
цессе
,
спо
собствуя
получению
сварного
шва
вы
сокого
качества
.
После
ознакомления
с
промышлен
ными
образцами
сва
рочного
оборудо
вания
и
изучения
технической
литера
туры
оказалось
возможным
самостоя
тельно
сконструировать
и
изготовить из
доступных
материал
ов
и
компонен
тов
простой
полуавтоматичес
кий
аппа
рат
,
реализующий
указанный
вид
сварки
.
Аппарат
позволяет
соединять
дета
ли
из
чёрной
и
нержавеющей
стали толщиной
0,4...4
мм
,
а
также
некруп
ные
чугунные
конструкции
.
Плавящим
ся
электродом
служит
специал
ьная про
волока
св
08
Г
2
С
или
свГ
2
С
2
диа
метром
0,8...1,2
мм
при
сварочном токе
до
160
А
.
Источником
защитного газа
служит
сжи
-
женная
углекислота
(
С
O
2
)
в
баллонах
,
которую
применяют для
получения
газированных
напитков
.
Плюсовой
провод
выпрямителя
соед
и
нён
с
корпусом
аппарата
с
целью
упро
щения
конструк
-
ции
.
В
противном
слу
чае
пришлось
бы
изолировать
от
корпу
са
сварочную
проволоку
,
механизм
её подачи
и
сварочный
кабель
к
горелке.
Недостаток
такого
решения
лишь
в том
,
что
оно
обязывает
исключить
кон
т
акт
корпуса
ап
-
парата
со
свариваемы
ми
деталями
.
В
любых
условиях
при выполнении
сварки
аппарат
должен
быть
установлен
на
лист
изоляционного материала
,
сухой
фанеры
или
на
щит
,
сбитый
из
сухих
досок
.
При
всех
мани
пуляциях
с
аппаратом
сварщик
должен быть
в
сухих
рукавицах
и
стоять
на
резиновом
коврике
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Симисторный
регулятор
тока для
активной
и
индуктивной нагрузки
А
.
СТАРОВЕРОВ
, Радио, 201
2
, №
6
, с.
36
-
37
Существует
огромное
число
различных
вариантов
симисторных
и
тринисторных
регуляторов
тока
.
Однако
п
рактически
все они
предназначены
для
работы
либо
на
чисто
активную
,
либо
на
слабо
индуктивную
нагрузку
.
Автор
предлагает
регулятор
с фазоимпульсным
управлением
,
предназначенный
для
работы
на нагрузку
,
импеданс
которой
может
изменяться
от
чисто
активно
-
го
д
о
чисто
индуктивного
,
причём
даже
в
процессе
работы
.
Активная
и
индуктивная
компоненты
могут
быть
соединены
как последовательно
,
так
и
параллельно
.
Недостаток
предлагаемо
го
регулятора
—
положение
его
органа
управления
,
соответст
вующее
максимальному
эффек
тивному
значению
тока
,
зависит от
характера
нагрузки
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Простой
автомат
включения
-
отключения периферии
ПК
(
S
202
S
12)
П
.
Бобонич
,
Рад
и
оаматор
, 201
2
,
№
2
, с.
36
также
:
Scherer T. USB
-
controlled mains socket // Elektor.
-
2008.
-
№
12.
-
S.16.
Sit'ova zasuvka zapinana pres USB // Prakticka elektronika.
-
2011.
-
№
11.
-
S.11.
При
выключении
компьютера
(
ПК
)
пользова
тель
для
экономии
электроэнергии
должен
также
отключить
от
сети
и
периферийные
устройства
(
монитор
,
принтер
,
модем
и
т
.
д
.),
подключенные к
системному
блоку
.
При
этом
не
всегда
удобно
и оправдано
осущ
ествлять
это
путем
вытягивания
вилки
отключаемого
устройства
из
розетки
.
Как производить
отключение
(
включение
)
перифе
-
рий
ных
устройств
при
выключении
(
включении
)
ПК
ав
томатически
с
помощью
простейшей
схемы
рассказано
в
этой
статье
.
При
включении
компьют
ера
на
выводе
1
любо
го
его
порта
USB
появится
напряжение
+5
В
.
При этом
возникает
ток
,
протекающий
через
ограни
чительный
резистор
R
1,
светодиод
HL
1
и
ИК
диод
твердотельного
реле
IC
1 (
выводы
3
-
4).
Ве
личина
этого
тока
приблизительно
равна
13
мА
при
сопрот
ивлении
резистора
R
1 = 150
Ом
.
При этом
твердотельное
реле
срабатывает
,
и
с
входа
(
К
1)
на
розетки
(
К
2),
к
которым
подключены
пери
ферийные
устройства
,
поступает
напряжение
се
ти
.
При
выключении
ПК
напряжение
5
В
на
выводе
1
USB
исчезает
,
твердотельное
реле
раз
-
мыкается
,
и
питающая
периферийные
устройства
сеть отключается
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Зарядное
устройство
для
6
-
и
9
-
вольтовых аккумуляторов
А
.
Г
.
Зызюк
,
Рад
и
оаматор
, 2012, №
3
,
с
.
32
-
34
Устройство
служит
для
под
зарядки
как
6
-
воль
-
товых
,
так
и
9
-
вольтовых
аккуму
лят
оров
.
В
нем
предусмотрена
возможность плавно
устанавливать
и
контролировать
зарядный ток
от
0
до
1
А
(
ток
в
трех
поддиапазонах
),
что
по
зволяет
заряжать
как
самые
«слабые»
(
по
емкости
)
аккумуляторы
,
так
и
акку
-
муляторы
емкостью
до
10
А
·
ч
и
более
.
При
желани
и
ЗУ
несложно
дорабо
тать
и
для
подзарядки
12
-
вольтовых
аккумуляторов
.
Была
поставлена
цель
,
изготовить
несложное
,
но надежное
ЗУ
.
Ведь
очень
важно
не
повредить
(
не перезарядить
)
аккумуля
-
торы
.
Использован
алго
ритм
подзаряда
,
близкий
к
закону
Вудбриджа
,
ч
то
исключает
перезарядку
аккумулятора
.
В
ЗУ
три диапазона
для
ус
тановки
зарядного
тока
: 0...10
мА
, 0...100
мА
и
0...1
А
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Встраиваемый
цифровой
ампервольтметр с
ЖК
-
индикатором
от
DT
890
B
Д
.
В
.
Карелов
,
Рад
и
оаматор
, 201
2
,
№
3, с. 36
-
37
Принципиальн
ая
электрическая схема
ампервольтметра
показана на
рис
.
1.
Это
типовая
схема
вклю
чения
АЦП
мультиметра
DT
890.
Для
получения необходимых
пределов
измере
ния
с
помощью
пере
ключателя
SA
1
«
V
/
A
»
к
входу
АЦП
(
выводы
30, 31)
подключа
ется
либо
цепь
измере
ния
напряжения
через
делитель
,
образованный
резисторами
R
3,
R
4,
R
6,
либо
цепь
шунта
R
ш
.
При
этом шунт
включен
в
цепь
протекания
то
ка
постоянно
.
Вторая
контактная
группа
пере
ключателя
диапазонов
измерения
SA
1
используется
для
переключения
запятой
на
индикатор
е
.
При
измерении
тока
предел
измере
ния
прибора
составляет
9
,
99,
а
при
измерении
на
пряжения
-
199
,
9.
Таким
образом
,
одного
взгляда на
индикатор
достаточно
,
чтобы
определить
,
на
пряжение
или
ток
он
отображает
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Некоторые
опечатки
и
неточности в
публикац
иях
по
МС
34063
Е
.
Л
.
Яковлев
,
Рад
и
оаматор
, 2012, №
3
,
с
.
49
-
51
Микросхеме
МС
34063
не
везет
как
-
то
особен
но
.
В
ряде
статей
с
описанием
конструкций
на этой
ИМС
встречаются
опечатки
и
неточно
сти
,
которые
отражаются
на
качестве
работы
опи
санных
в
этих
ст
атьях
устройств
и
не
всегда позволяют
радиолюбителю
их
запустить
.
Автор анализирует
эти
неточности
и
предлагает
спосо
бы
их
исправления
.
Он
подправил
схему
(
рис
.
3)
и
собрал
ма
кет
(
фото
1).
Топография
разработанной
печат
ной
платы
показана
на
рис
.
4,
а
ра
сположение радиокомпо
-
нентов
на
плате
-
на
рис
.
5.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Буферные
конденсаторы
для
автомобильной
аудиосистемы
(
ХХ
-
САР
1000
D
)
Игорь
Безверхний
,
Рад
и
оаматор
, 2012, №
4
,
с
.
39
-
41
В
последние
годы
автовладельцы
,
особенно
владельцы
дорогих
авто
,
оснащают
свои
машины
каче
ственной
аудиотехникой
с
мощными
усилите
-
лями
.
Учитывая
,
что
питание
таких
усилителей
осуществляется
от
бортовой
сети
автомобиля
+
12
В
,
при
работе
двигателя
напряжение
питания «гуля
-
ет»
,
как
минимум
,
в
пределах
от
11,5
до
14,5
В
.
Кроме
того
,
УМЗЧ
при
большой
громкости потреб
-
ляет
большой
ток
,
который
создает
замет
ное
паде
-
ние
напряжения
на
проводах
,
подводящих питание
к
этому
усилителю
.
Это
особенно
ощуща
ется
на
низших
частотах
сигнала
(
басах
)
в
виде «бубне
-
ния»
.
Для
борьбы
с
этим
неприятным
явле
нием
следует
использовать
для
подвода
питания от
аккумулятора
(
АКБ
)
провода
большого
диаме
тра
и
как
можно
меньшей
длинны
,
а
также
буфер
ные
(
сглаживающие
,
фильтрующие
)
конденсаторы
большой
емкости
.
Обычно
такие
конденсаторы имеют
емкость
в
пределах
от
0,5
до
2
Ф
(
фара
д
).
Рассмотрим
подробнее
один
из
таких
конден
саторов
т
и
па
ХХ
-
САР
1000
D
производства
фирмы
HIFONICS
(
рис
.
3).
Этот
конденсатор
имеет
ем
кость
1
Ф
.
Он
рассчитан
на
работу
при
постоянном
напряжении
от
11
до
16
В
.
Максимальное
напря
жение
,
при
котором
он
сохраняет
работоспособ
-
ность
,
составляет
20
В
.
Габаритные
размеры
76x260
мм
.
Рабочая
температура
95
е
С
.
Принципиальная
схема
встроенной
в
конденса
тор
платы
(
цифрового
вольтметра
)
восстановле
-
на
по
монтажу
и
показана
на
р
ис
.
4
.
Одна
из
стандартных
схем
подключения
буфер
ного
конденсатора




Количество бытовой техники в наших домах (квартирах) растет, нагрузки на электросети
увеличиваются. Перегруженные электросети дают сбои, а вместе с ними сбоит и бытовая
техника. Как же эксплуатировать ее в этих условиях? В каких случаях следует применять
или, напротив, не следует применять стабилизаторы напряжения и источники бесперебойного
питания (ИБП)? Об этом будет рассказано в форме вопросов - ответов. Вопросы автор
получал как от своих коллег электриков, так и от родственников и из Интернет.
Нужны ли бытовым
электроприборам стабилизаторы
напряжения и источники
бесперебойного питания?
Николай Власюк
Какие сбои бывают в питающих электросетях,
и чем они опасны?
На территории Украины стандарты качества электросети
определяются характеристиками, установленными в ГОСТ
13109-97. Согласно им номинальным напряжением
электросети считается -220 В ±5%, а
предельными значениями напряжение
электросети -220 В ±10%, т.е.
-198...-242 В.
С учетом данной нормы
украинские производители изготавливают
бытовые электроприборы, которые
должны нормально работать при
напряжении -198...-242 В.
Неполадками в питающей
электросети считаются:
1. Отсутствие напряжения.
Полное пропадание напряжения в сети (отсутствие
напряжения в сети на время более 40 с).
Отключение электроэнергии диспетчерами из-за
перегрузки подстанций или электросетей, повреждения линий
электропередачи из-за тяжелых погодных условий (сильный ветер,
наводнения, гололед) - эти причины приводят к многочасовым
и даже многодневным перерывам в электроснабжении.
Последствия таких ситуаций - огромные убытки потребителей.
2. Долговременные или кратковременные просадки или
всплески напряжения.
Проседания - это кратковременное снижение напряжения
в сети до величины менее 80% от номинального значения
на время более 1 периода (1/50 с), что является типичными
сбоями в электросетях.
Причины понижения напряжения - перегрузка
электросетей, не рассчитанных на мощную нагрузку. Такое бывает
при одновременном включении многими пользователями
мощных потребителей электроэнергии: электрочайников, утюгов,
электрообогревателей, мощных стиральных машин,
микроволновых печей, кондиционеров. Последствия заниженного
напряжения - отказ работы некоторой бытовой техники, особо
требовательной к номинальному напряжению, такой как
микроволновые печи, стиральные машины, холодильники.
Провалы напряжения - это кратковременное
«проседание» напряжения на 15...20% или более от номинала на
несколько долей секунды. Причина - кратковременные мощные
нагрузки на сеть (электросварка, пусковой ток мощных
электромоторов), плохой контакт в линиях электроснабжения.
Всплески (повышения) напряжения в сети на величину
более 10% от номинального на время более 1 периода (1/50 с)
появляются при отключении мощной нагрузки или из-за
нарушения контакта нулевого провода в 3-фазных сетях,
питающих многоквартирный дом, подъезд или улицу в сельской
местности. Это аварийная ситуация, приводящая к перекосу
фаз (на одних фазах устанавливается высокое напряжение,
вплоть до -380 В, а на других слишком низкое, вплоть до 0 В).
Такие всплески приводят к повреждению всей бытовой
техники. Подробно об этом в [1].
3. Высоковольтные всплески до 6 кВ и длительностью до 10 мс.
Причины - наводки от ударов молний. Последствия при
прямых ударах молнии в линии электропередачи - выход из
строя бытовой техники, причем стабилизаторы напряжения и
источники бесперебойного питания тоже выходят из строя.
Поэтому во время грозы все электроприборы необходимо
отключать. Электромагнитные наводки от молний, образо-

вавшихся между облаками, могут нанести ущерб, если
молния образовалась на близком расстоянии, до 0,5 км, но в
основном проходят без последствий.
4. Уход частоты электросети более чем на 1 Гц. В
государственных генерирующих компаниях, это невозможно, так
как их генераторы строго синхронизируются для параллельной
работы электростанций всей страны и даже всей Европы.
Частота напряжения в электросети может значительно
отличаться от номинальной только при питании электрооборудования
от автономных дизельных или бензиновых генераторов.
5. Высокочастотные помехи, передаваемые по
электросетям. Могут создавать помехи только высокочувствительным
приборам, поэтому для бытовой техники не критичны.
Что такое стабилизаторы напряжения электросети
и зачем они нужны?
Устройства, предназначенные для выдачи
стабилизированного напряжения электросети, независимо от того,
завышенное напряжение на входе устройства или заниженное. Их еще
называют нормализаторами напряжения. Стабилизаторы
автоматически поддерживают напряжения электросети в
пределах -220 В ±5%, или ±10% при изменении входного
напряжения -90...-280 В. Наиболее типичный отечественный
стабилизатор работает при входном напряжении в диапазоне
-150...-260 В.
Какой принцип работы
стабилизаторов напряжения электросети?
Их основу составляют автотрансформаторы и
электронные блоки, отслеживающие и переключающие обмотки
автотрансформатора, тем самым стабилизирующие напряжения.
По принципу работы стабилизаторы могут быть:
электромеханические, автотрансформаторы ступенчатого
регулирования, автотрансформаторы плавного электромагнитного
регулирования, феррорезонансные.
Рис.1
Электромеханические. Их еще называют сервоприводные
(рис.1 и рис.2). В них коррекция выходного напряжения
осуществляется автотрансформатором, контактный узел
которого перемещается по его обмотке с помощью электромотора.
Обмотка автотрансформатора намотана на тороидальный
сердечник. «Команду» электромотору дает электронный блок,
отслеживающий выходное напряжение. Преимущества этого
стабилизатора - плавное изменение напряжения со скачками не
более чем на -2...3 В. Его недостатки - медлительность
(около 1 с) реагирования на резкое изменение напряжения
и специфический звук от работы электромотора.
Автотрансформаторы ступенчатого регулирования. Эти
стабилизаторы массово представлены на рынке. Производители
называют их нормализаторами напряжения, что означает
ступенчатый принцип изменения их выходного напряжения.
Рис.2
Их основу составляет автотрансформатор с выводами от
обмотки и электронный блок (рис.3-5). Чем больше выводов, тем
точнее поддерживается напряжение 220 В на выходе. Принцип
стабилизации основан на автоматическом переключении секций
обмотки автотрансформатора с помощью силовых ключей
(реле, симисторов).
Их преимущество - быстрое реагирование на резкое
изменение напряжения.
Рис.3
Недостатки - скачкообразное изменения выходного
напряжения (например, на -20...-25 В, если сделано 5
выводов, и на 10 В при 12 выводах), щелчки якорей
электромагнитных реле, подгорание их контактов.
В симисторных стабилизаторах контактов нет, они
мгновенно переключают обмотки автотрансформатора,
выдерживают кратковременные перегрузки на 50% (до 3 с) и на 20%
Рис.4

(не больше 1 мин.), но искажают синусоидальною форму
входного напряжения и стоят дороже.
Автотрансформаторы плавного электромагнитного
регулирования. Одновременная стабилизация напряжения
основана на автоматическом изменении коэффициента
трансформации за счет управления намагниченностью сердечника. Эти
стабилизаторы применяются редко.
Рис.5
Феррорезонансные. Появились в 1960-70-е годы,
применялись для стабилизации напряжения питания ламповых
телевизоров. Сейчас практически не применяются.
Каковы основные характеристики
стабилизаторов напряжения?
Входное напряжение. Напряжение на входе
стабилизатора, при котором обеспечивается минимальная ошибка
установки напряжения 220 В на выходе стабилизатора. Для
наиболее совершенных стабилизаторов диапазон входных
напряжений составляет -90...-280 В.
Предельное входное напряжение. Напряжение на входе
стабилизатора, при котором обеспечивается нормальная работа
стабилизатора, как правило, несколько больше минимальной
ошибки. Зная диапазон изменения напряжения в вашем доме, вы
можете выбрать стабилизатор, перекрывающий этот диапазон.
Мощность стабилизатора напряжения. Она измеряется в
вольт-амперах (ВА), ее рекомендуют выбирать на 20...30%
выше суммарной мощности подключаемой нагрузки.
Точность стабилизации напряжения показывает, в каком
диапазоне будет находиться выходное напряжения при
изменении входного при заданных пределах. Для большинства
бытового оборудования высокая точность стабилизации,
например ±1%, не требуется.
Как правильно выбрать стабилизатор?
Перед принятием решения о покупке стабилизатора
необходимо: во-первых, вольтметром обследовать электросеть
вашей квартиры (частного дома); во-вторых, на основании
обследования принять решение приобретать стабилизатор для
одного конкретного электроприбора или для целой группы
бытовой техники, или на всю квартиру (дом); в-третьих, подсчитать
мощность нагрузки и по ней определить мощность нужного
стабилизатора; в-четвертых, выбрать модель стабилизатора.
1. Обследование квартиры (дома).
Если вы видите, что в вашей квартире (доме) вечером
лампы накаливания светят тускло, а отдельные типы
бытовой техники, которые особо «требовательны» к
номинальному напряжению, такие как микроволновая печь, стиральная
машина, холодильник, кондиционер, не работают, то вам
следует вольтметром обследовать свою электросеть. Замеры
желательно делать на протяжении нескольких (и рабочих, и
выходных) дней и в разное время суток (утром, днем и
вечером), так как величина напряжения может меняться
неоднократно от минимального до максимального значения.
2. Результаты измерений необходимо проанализировать.
Надо определиться, устанавливать стабилизатор на всю
квартиру или на отдельные бытовые приборы. Как же
анализировать? Если напряжение не снижается ниже -200 В, то у
вас может «плохо греть» только микроволновая печь.
Следовательно, нужен один стабилизатор для данной СВЧ печи.
Если вечером, в часы пиковой нагрузки, напряжение
снижается до -160 В и ниже, то у вас дополнительно не будут
работать холодильник и стиральная машина.
В таком случае, как вариант, можно поставить на
каждый прибор отдельный стабилизатор, но это бывает
финансово невыгодно. С другой стороны, покупать мощный
стабилизатор и запитывать от него все бытовые приборы квартиры
(дома) тоже нецелесообразно.
Во-первых, не бывает ситуаций, при которых вся
бытовая техника квартиры работает одновременно.
Во-вторых, часть бытовой техники (телевизоры,
компьютеры, мониторы), имеющей в своем составе импульсные
блоки питания, нормально работает при больших перепадах
напряжения, поэтому стабилизатор не нужен.
Поэтому может быть целесообразно выделить
определенную группу электроприборов, которые наиболее критически
относятся к перепадам напряжения в вашей квартире, и
питать их одним общим стабилизатором. Сюда могут входить
микроволновая печь, стиральная машина, холодильник. Все
зависит от величины понижения напряжения, количества
бытовой техники, дающей сбои и технической возможности
(удобства) питания их от одного стабилизатора.
Если у вас напряжение изменяется не плавно, а
скачкообразно (мигают лампочки), например, из-за работы соседа-
сварщика, то вам нужен быстродействующий стабилизатор с
симисторным переключением.
3. Очень важно правильно определить мощность нагрузки.
Если вы купите стабилизатор меньшей мощности, чем
нагрузка, то он будет часто отключаться, если большей - переплатите.
Здесь важно знать, что в паспорте стабилизатора
указывается полная мощность стабилизатора в кВА (в киловольт-
амперах), а не в привычных нам кВт (киловаттах). Поэтому
суммировать общую нагрузку, создаваемую бытовыми
приборами, необходимо в вольт-амперах.
Нагрузка, создаваемая бытовыми приборами, может быть
активная и реактивная, в сумме это полная мощность.
Активная мощность измеряется в ваттах, а полная мощность -
в вольт-амперах, и связаны они между собой коэффициентом
МОЩНОСТИ COS(p.
В бытовых приборах, потребляющих только активную
мощность (лампы накаливания, утюги, обогреватели,
электробойлеры, электроплиты), мощность указывается в ваттах,
так как в них вся энергия преобразуется в тепловую или
световую. В этих бытовых приборах полная мощность равна

активной мощности. Например, если мощность такого
прибора указана 1 кВт, то и полная мощность равна 1 кВА.
Другое дело бытовые приборы, создающие реактивную
(емкостную или индуктивную) нагрузку. Это импульсные
блоки питания (компьютеров, мониторов, принтеров,
телевизоров) и приборы, имеющие электродвигатели: холодильники,
компрессоры, пылесосы, электродрели, перфораторы,
насосы, кондиционеры, стиральные машины и т.д. В их
паспортах указывают активную потребляемую мощность (в ваттах)
и коэффициент мощности coscp. Чтобы подсчитать полную
мощность в ВА, нужно активную мощность (Вт) разделить на
coscp. Например, если на дрели написано 600 Вт и cos(p=0,6,
то это означает, что на самом деле потребляемая этим
инструментом полная мощность будет равна 600/0,6=1000 ВА.
Если cosq) не указан в паспорте, то для грубого расчета полной
мощности активную мощность (Вт) вышеперечисленных
приборов нужно разделить на 0,7.
Если вы решили купить стабилизатор для конкретной
бытовой техники, имеющей электродвигатели, например для
холодильника, то изготовители рекомендуют увеличивать пас-
портною мощность стабилизатора в 3 раза. Это связано с
большими пусковыми токами электродвигателей их компрессоров.
Просуммировав общую мощность нагрузки, необходимо
увеличить ее еще на 20...30%, чтобы иметь некоторый запас
по мощности. Мощность стабилизатора необходимо выбирать
большей из стандартного ряда.
4. Выбор модели стабилизатора.
Рассчитав мощность стабилизатора по результатам
измерений, вы можете выбрать его через Интернет или купить в
магазине электротоваров.
Вопросы эксплуатации стабилизаторов напряжения
1. Говорят, что стабилизатор не всегда может помочь, т.е.
обеспечить квартиру нормальным напряжением, хотя его
мощность подобрана правильно. Так ли это и почему?
К сожалению, установка стабилизатора, особенно
мощного, не всегда дает желаемый результат. Причина - в старых
изношенных электросетях (кабельных и воздушных линий) и
маломощных распределительных трансформаторах, питающих
дома, и в городах, и в селах. В настоящее время они не
могут обеспечить значительно возросшую нагрузку от бытовой
техники. Стабилизатор же не усиливает мощность, он может
только выдать необходимое напряжение, если на его входе
будет достаточная мощность электроэнергии.
Поэтому стабилизатор может не обеспечить владельца
напряжением 220 В. Мало того, у ваших соседей от
применения мощного стабилизатора еще больше просядет
напряжение в сети. А если и они все применят стабилизаторы и
сильно нагрузят маломощный распределительный
трансформатор и электросеть, то этот трансформатор сгорит.
Выход из ситуации один, необходимо увеличить мощность
распределительного трансформатора (путем замены) и
увеличить сечение (заменить) кабеля электросети. Эти вопросы
необходимо решать с поставщиком электроэнергии. Для
положительного решения проблемы необходимы деньги и
совместные действия всех жильцов. Где взять деньги? В конце
концов, все мы платим за электроэнергию, которая должна иметь
номинальные параметры, так пусть получатель наших денег и
занимается этими проблемами. Тем более что Украина
производит электроэнергии больше, чем сама потребляет.
Кстати, в новых домах проблем с электропитанием не бывает,
там все рассчитано на современную нагрузку на электросеть.
2. Что можно сказать о стабилизаторах отечественного и
китайского производства ?
Все китайские стабилизаторы стоят приблизительно
одинаково: за стабилизатор мощностью 1 кВА просят обычно от
50 до 80 USD, а отечественные аналоги в 1,5-2,5 дороже.
С технической точки зрения важно следующее:
1. Главный козырь отечественных стабилизаторов - это
большой запас по мощности, что очень важно при их
перегрузках. Ведь мощность стабилизаторов в их паспортах
указывается при входном напряжении -220 В, при уменьшении
входного напряжения реальная выходная мощность
уменьшается, поэтому запас мощности здесь играет большую роль.
2. Китайские стабилизаторы, как правило, сервопривод-
ные или релейные. Время реакции на изменение входного
напряжения - до 1 с. В принципе, для большинства бытовых
приборов 1 с - это вполне допустимая безопасная величина.
У отечественных стабилизаторов электронное управление и
скорость реакции на порядок выше - 0,02 с. Это особо
важно, если ваш сосед часто пользуется сваркой, из-за чего
происходит резкое изменение напряжения.
3. У китайских релейных стабилизаторов переключение
осуществляется ступенями по -10...-20 В, что многовато. Это
связано с малым количеством отводов от обмотки
автотрансформатора. У наших, с электронным переключением,
количество ступеней значительно больше и достигает 36 и с
шагом регулирования не более -2,5 В, что способствует более
точному выходному напряжению и продлению срока службы
бытовой техники.
4. Шум клацающих реле или электромотора
бегунка-токоприемника китайских стабилизаторов неприятен на слух.
Электронные стабилизаторы значительно тише, а в случае
применения тороидальных трансформаторов и ступенчатого
электронного управления - почти бесшумны, но стоят дороже.
5. В целом надежность китайской техники, безусловно,
ниже отечественной [2]. Случаев гарантийного ремонта у
китайских стабилизаторов, по оценкам отечественных
производителей, до 10...15%. Слабым местом у них является
подгорание контактов реле при большом количестве скачков
напряжений и большой интервал перепада напряжений при
переключениях -10...-20 В, что, как отмечалось выше,
неблагоприятно действует на бытовую технику. Следует отметить, что
есть китайские стабилизаторы, которые работают по 5 лет без
поломок. Но тут, конечно, как повезет.
3. Я приобрел однофазный релейный стабилизатор
LogicPower LPН-1200. При его включении загорается желтая
лампочка, а напряжения на нагрузке нет.
Некоторые стабилизаторы выдают напряжение с
задержкой примерно 10 с, но может быть выставлена и большая
задержка, даже до 5 мин. Это время необходимо
стабилизатору для отслеживания изменений входного напряжения и
включения нагрузки на номинальное напряжение 220 В.

4. Я живу в «хрущевке», электрокабель и
распределительный трансформатор, питающий наш дом, рассчитаны на малую
нагрузку - в холодное время года, в часы пиковой нагрузки,
напряжения в моей квартире снижается до -160...-180 В, не
работает холодильник,
микроволновая печь, стиральная машина.
Что делать ?
Стиральную машину,
работающую в автоматическом режиме,
можно включать в ночное время,
т.е. после 23 часов. Напряжение
электросети в это время из-за
уменьшения нагрузки обычно
приходит в норму. Но если вас не
устраивает ночное время, то
можно купить стабилизатор
напряжения, его мощность (в ВА)
должна быть выше мощности стиральной машины, указанной в
паспорте, минимум на 30%.
Микроволновая печь. При напряжении в питающей сети
-200 В или менее СВЧ печь «слабо греет» или вовсе не
работает, хотя поддон внутри нее крутится. Если напряжение
в вашей квартире уменьшается ниже этого значения, то вам
необходимо применить стабилизатор напряжения. Так как
мощность СВЧ печей составляет 700 до 1100 ВА (точно
смотрите в паспорте), то мощность стабилизатора должна быть
1,0...1,5 кВА. Включать в электросеть такой стабилизатор
нужно перед запуском микроволновой печи.
Холодильники тоже страдают от пониженного напряжения.
Хотя холодильники способны длительно держать холод в
своей камере при отсутствии электросети. Опасность в том, что
электромотор компрессора при низком напряжении не
может запуститься и от большого пускового тока перегревается
и может сгореть.
Поэтому в таких ситуациях холодильнику также
необходим стабилизатор электросети. Мощность электромотора
компрессора обычно составляет 200...300 Вт, а его пусковой ток
в 3-4 раза больше рабочего, поэтому мощность
стабилизатора необходимо выбирать 1...1,5 кВА.
5. С началом зимы напряжение в сети в моем частном
доме уменьшается до -170 В, электроника газового котла
Beretta работать «не хочет», постоянно выключается. Какой
стабилизатор мне установить «электронный ступенчатого
регулирования» или «электромеханический» и только на котел
или лучше поставить мощный на весь в дом?
Котел плюс циркуляционный насос в сумме потребляют
мощность порядка 100... 150 Вт. Поэтому мощность
стабилизатора должна быть порядка 300...500 ВА, и стоимость его
будет сравнительно невелика. Но все же, если есть
возможность, то лучше установить стабилизатор на весь дом.
Он нужен и для холодильника, и микроволновой печи, и
стиральной машины. Мощность такого стабилизатора может
составлять примерно 3...7 кВА (суммируется мощность
нагрузки).
Я рекомендовал бы использовать «электронный
стабилизатор ступенчатого регулирования», так как
электромеханический при подстройке напряжения издает специфический звук
и работает с запаздыванием. Принимая решение, следует
учесть, что стабилизатор только стабилизирует
существующее напряжение. Если же напряжение у вас в сети
дополнительно еще и пропадает на длительное время, то для газово-
http://electrician.com.ua
Подписной индекс по каталогу «Роспечать»: 22090
Журнал «Электрик. Международный электротехнический журнал» —
специализированное деловое издание.
Публикуются актуальные материалы по таким разделам, как энергетика,
электроавтоматика, источники питания, осветительные приборы,
а также методические рекомендации, обзорные статьи
с комментариями ведущих специалистов отрасли.
Особое внимание уделяется освещению экономических новостей
в энергетике и электротехнике, а также практической электротехнике.

го котла уже нужен источник бесперебойного питания ИБП с
аккумулятором, например, UPS-500ZX или UPS-500ZY.
6. В моем сельском доме напряжение в однофазной
сети колеблется в пределах ~195...-255 В. Хочу подключить
сварочный инвертор GYS-4000, который потребляет ток 25 А,
напряжение 230 В ±15%, сварочный ток 160 А. Мощность 6 кВт
(при полной нагрузке). Помогите подобрать надежный
стабилизатор напряжения.
Можно рекомендовать украинский стабилизатор с тирис-
торным переключением Balance СНО-7 (см. фото в начале
статьи). В нем применены тиристорные ключи типа Semikron
SKKT57/08E, что позволило увеличить надежность при работе
на низком уровне напряжения и обеспечить большую
стойкость к ударным пусковым токам, если к нему будет
подключена реактивная нагрузка, в том числе и сварочный аппарат.
Основные характеристики этого стабилизатора:
номинальная мощность - 7 кВА;
минимальная мощность - 4,5 кВА;
входной ток - 32 А;
диапазон входных напряжений —140. ..-250 В;
защитное отключение —280 В;
отклонение выходного напряжения - ±4%;
количество ступеней регулировки - 12;
шаг регулирования —10 В;
габариты (В х Ш х Г) мм - 500x280x160;
масса - 20 кг.
7. Напряжение электросети в моем сельском доме при
пиковых нагрузках уменьшается до -120 В. Хочу купить
стабилизатор на весь дом, но говорят, что мощность, которую
может отдать стабилизатор при низком напряжении также
уменьшается, так ли это?
В паспортах на стабилизатор указана мощность при
номинальном напряжении электросети, т.е. при -220 В. При
низком напряжении реальная выходная мощность
стабилизаторов уменьшается, что надо учитывать при приобретении
стабилизатора. В вашем случае, это может быть в 2
раза. Например, если вы приобрели стабилизатор 8 кВА,
то он вряд ли отдаст в нагрузку более 4 кВА.
8. В моей квартире напряжение «плавает», но не
выходит за установленные пределы -220 В ±10%, но
в Интернет много статей, утверждающих, что надо
устанавливать стабилизатор, так как техника выйдет из
строя, так ли это?
В Интернет почти все статьи написаны
менеджерами или хозяевами магазинов, торгующих
стабилизаторами. Их статьи написаны так, чтобы заставить
вас купить их товар независимо от того, нужен он
вам или нет. В данном случае стабилизатор
напряжения вам не нужен.
электроэнергии в вашем доме (квартире), перегрев бытовой
техники и быстрый ее износ.
Что делать? Согласно нормам, напряжение в
электросети должно находиться в пределах -220 В ±10%, т.е.
приблизительно -200...-240 В. Поэтому, если в вашем доме
завышенное напряжение, вы можете письменно обратиться в
местную энергоснабжающую организацию с просьбой привести
Рис.6
в норму питающую электросеть, лучше если его подпишут и
ваши соседи, также страдающие от повышенного напряжения.
Энергетики могут легко привести в норму выходное
напряжение трансформатора, переключив выводы его вторичной
обмотки на уменьшенное напряжения.
Вместо быстро сгорающих ламп накаливания можно
применить компактные люминесцентные лампы, они рассчитаны
на напряжение электросети -200...-240 В.
Вопросы по источникам бесперебойного питания
1. Что такое источники бесперебойного питания (ИБП,
UPS), и чем же они отличаются от стабилизаторов?
Источник бесперебойного питания ИБП (по англ.
Uninterruptible power supply, сокращенно UPS) - это
автоматический аппарат, позволяющий подключенному оборудова-
9. Трансформатор, питающий нашу улицу,
находится рядом с моим домом, поэтому напряжение в моем
доме -240...250 В. Чем это опасно и что мне делать?
Опасность повышенного напряжения - это быстрое
сгорание ламп накаливания, повышенное потребление Рис.7

нию (нагрузке) некоторое (как правило, непродолжительное)
время работать от аккумуляторов при пропадании
электросети или при выходе ее напряжения за установленные пределы.
Главное отличия ИБП от стабилизаторов - это то, что
они могут питать нагрузку напряжением -220 В при
отсутствии напряжения в электросети. Для этого в их составе
дополнительно установлены:
аккумуляторы;
зарядные устройства, заряжающие те же аккумуляторы;
инверторы, преобразующие постоянное напряжение
аккумулятора в -220 В;
контроллер, следящий за входным и выходным
напряжением и дающий команду автоматическому
переключателю на включение нагрузки или напрямую от
электросети или от инвертора.
2. Как устроены источники бесперебойного питания (ИБП),
в чем их плюсы и минусы?
Существуют три основные схемы их построения.
Структурные схемы ИБП показаны на рис.6-8.
Резервная схема (англ. Off-Line, Standby) показана на
рис.6,а, б. В нормальном состоянии питание нагрузки осуще-
Рис.8
ствляется от электросети, при этом производится фильтрация
высоковольтных импульсов и электромагнитных помех. Если
входное напряжение выходит за установленные переделы (или
полностью пропадает), ИБП автоматически переходит на
работу от аккумулятора (через инвертор). При появлении
напряжения в пределах нормы, снова переключает на прямое
питание от электросети. Плюсы этих ИБП - высокий КПД,
бесшумность, сравнительно невысокая стоимость, минимальное
тепловыделение, а минусы - невозможность корректировать
выходное напряжение при питании нагрузки
непосредственно от электросети, несинусоидальная форма выходного
напряжения инвертора. Практически все недорогие маломощные
ИБП, предлагаемые на отечественном рынке, построены по
данной схеме.
Интерактивная схема (англ. Line-Interactive) показана на
рис.7,а, б. Эти ИБП наиболее востребованные на рынке. В них,
в нормальном состоянии, нагрузка питается от
трансформатора, имеющего выводы от первичной обмотки. Номинальное
напряжение на нагрузке поддерживает переключатель
(электромеханические реле или симисторы). Они скачкообразно
переключают обмотки, тем самым поддерживают на нагрузке
напряжение около -220 В. При этом величина скачка
(изменения напряжения) на выходе зависит от количества выводов
от первичной обмотки, например, если сделано 5 выводов, то
изменения на -20 В, при 12 выводах - 10 В, чем больше
отводов, тем точнее выходное напряжение. В интерактивной
схеме ИБП переключение нагрузки на аккумулятор производится
реже, из-за чего его ресурс сохраняется дольше, чем в
«резервной» схеме. Руководит всем процессом контролер. Он же
автоматически переключает нагрузку на аккумулятор -
инвертор (рис.7,6), если входное напряжение пропадает или
выходит за установленные пороги. При восстановлении
напряжения, в заданных пределах, инвертор возвращает его обратно,
т.е. весь процесс происходит в автоматическом режиме.
Форма напряжений от инвертора может быть прямоугольной или
трапецеидальной, или синусоидальной. Время переключения
меньше, чем в предыдущем варианте, так как постоянно
осуществляется синхронизация инвертора с входным
напряжением. КПД ниже, чем у «резервных». Типичные применения
этих ИБП - питание компьютеров и газовых котлов.
Схема с двойным преобразованием (англ. on-line). Как
видно из рис.8, такой ИБП осуществляет двойное
преобразование. Вначале входное переменное напряжение
преобразуется в постоянное, которое используется как для питания
инвертора, так и для зарядки аккумулятора. Инвертор
преобразует постоянное напряжение в переменное -220 В.
Нагрузка постоянно питается от инвертора. При пропадании
электросети инвертор получает питание от аккумулятора. Так как
аккумулятор находится в буферном режиме и постоянно
заряжается, то время переключения равно нулю. Такой ИБП
выдает чистую синусоиду, корректирует как напряжение, так
и частоту, но имеет невысокий КПД (от 80% до 94%). От
других типов ИБП такой ИБП отличается повышенным
тепловыделением, высоким уровнем шума и более высокой ценой.
Применяют такие ИБП для электропитания особо
ответственных потребителей, например серверов.
Основные характеристики источников бесперебойного
питания ИБП (UPS)
выходная мощность (ВА);
выходное напряжение (В);
время переключения, т.е. время перехода ИБП на
питание от аккумуляторов (мс);
время автономной работы, определяется емкостью
батарей и мощностью подключенного к ИБП
оборудования (мин), у большинства офисных ИБП оно
равняется 4...15 мин;
ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при
котором ИБП в состоянии стабилизировать питание без
перехода на аккумуляторные батареи (В);
срок службы аккумуляторных батарей, измеряется 4...5
годами, обычно, свинцовые аккумуляторные батареи
значительно теряют свою емкость уже через 3 года.
3. Можно ли помещать работающие стабилизаторы
напряжения и ИБП в холодных помещениях?
Главное требование к помещению, чтобы оно было сухое
и без пыли. Влага губительно действует на электронику. В
паспортах стабилизаторов и ИБП написано, что температура в
помещениях должна быть в пределах 0...+40°С.
4. В моем частном доме автономное водяное отопление.
Для лучшей циркуляции воды в системе отопления, я
вмонтировал циркуляционный электронасос, питающийся от сети

-220 В/50 Гц, но вот беда, в часы пиковой нагрузки
диспетчеры на несколько часов отключают электропитание, из-за
чего движение горячей воды в системе отопления
прекращается, и дом быстро остывает, что делать ?
Вам нужно приобрести ИБП, специально
предназначенный для газовых котлов.
Проектируя отопление своего дома, надо стремиться к
тому, чтобы вода в системе отопления циркулировала
самотеком, тогда не будет подобных проблем. Можно применить
конвекторные газовые установки, предназначенные для
обогрева дома, вода им вообще не нужна.
В некоторых газовых котлах с водяным отоплением есть
электронные устройства управления, которые питаются от
электрической сети, в их комплект, как правило, входит и один
циркуляционный насос. Общая мощность их потребления
составляет около 100... 150 Вт (точно указано в паспорте).
В вашей ситуации газовый котел не оснащен
электроникой. Типичные бытовые циркуляционные насосы питаются
напряжением -220 В и потребляют мощность 40...60 Вт.
Наиболее подходящими моделями ИБП, специально
разработанными для питания и электроники газовых котлов и
циркуляционных насосов, являются:
«Форт 900». ИБП, созданный по резервной схеме (Off-
Line), максимальная мощность 900 ВА, внешний аккумулятор
=12 В (ток заряда не более 8 А), время переключения 2 мс,
но стабилизации напряжения при работе от электросети нет,
охлаждение - вентилятор, на выходе - чистая синусоида,
ориентировочная стоимость - 190 USD.
«Бастион 800». ИБП, созданный по схеме с двойным
преобразованием (online), максимальная мощность 800 ВА,
внешний аккумулятор 12 В (ток заряда не более 30 А),
охлаждение - вентилятор, который включен постоянно,
стабилизирует выходное напряжение, на выходе - чистая синусоида,
ориентировочная стоимость - -230 USD.
Особенность перечисленных ИБП состоит в том, что
кислотный аккумулятор не входит в их комплект, а
приобретается и устанавливается отдельно (вне ИБП) и может иметь
емкость от 20 до 240 А*ч. Вы сами выбираете (точнее,
рассчитываете) его емкость, а следовательно, и максимальное
время работы насоса. Ток заряда аккумуляторов
устанавливается пользователем и в процессе эксплуатации
поддерживается автоматически.
Для подобных ИБП разработано целое семейство
герметичных, гелиевых, кислотных аккумуляторов, которые можно
устанавливать в жилых помещениях, можно рекомендовать
MastAK МА12-50.
В крайнем случае, к этим ИБП вы можете подключить и
автомобильный аккумулятор емкостью 55 А*ч и более, он
сможет питать насос более 10 ч. Но с кислотными
автомобильными аккумуляторами есть проблема: их нельзя устанавливать в
жилом помещении, так как они выделяют вредные газы.
5. Я живу в селе далеко от районного центра. В
холодное время года электричества в нашем селе не бывает по
много дней, а у меня водяное отопления, и воду гоняет
циркуляционный насос. Как мне быть?
При тяжелых погодных катаклизмах типичное время
отсутствия электросети в удаленных селах - 3...5 суток. ИБП с
аккумулятором такое время не выдержит. Выход один:
собрать деньги и купить бензиновый или дизельный генератор.
Его мощность можно обговорить с менеджером магазина. Для
длительной работы бензинового генератора вам необходимо
будет иметь запас топлива.
6. Я живу в городе, напряжение в квартире в пределах
нормы. Надо ли для моего компьютера применять ИБП,
например, Back-UPS ES 525VA?
Если у вас часто не отключают электропитание, то такой
необходимости нет. При пропадании электропитания
компьютерные ИБП могут питать компьютер с монитором 5...20 мин.
Этого времени достаточно, чтобы корректно выключить
компьютер и сохранить данные. Собственно для этого ИБП типа
Back-UPS ES 525VA и предназначены.
7. Можно ли питать циркуляционный насос от ИБП,
предназначенного для компьютеров, например, Back-UPS ES 525VA?
Внутри этих ИБП находятся 12-вольтовые аккумуляторы
малой емкости (7 А*ч), они могут питать такие насосы лишь
короткое время: если новый аккумулятор, то до 2 ч, что
явно недостаточно при многочасовых перебоях
электроснабжения.
8. Какой номинальный зарядный ток кислотных
аккумуляторов, время их заряда и срок службы?
Номинальный зарядный ток кислотных аккумуляторов 1/10
их емкости, в течение 10...12 ч. Практический срок службы
кислотных аккумуляторов - от 3 до 5 лет. Через 3 года
емкость кислотных аккумуляторов значительно уменьшается.
9. На какое напряжение, от аккумуляторов, рассчитаны ИБП?
Это зависит от конкретной модели ИБП, и может быть =12 В,
=24 В, =36 В, =48 В. При напряжениях =24 В, =36 В, =48 В
аккумуляторы с более низким напряжением соединяют
последовательно.
10. Циркуляционный насос системы отопления моего
частного дома, питается через ИБП. Однажды, после
пропадания напряжения в электросети, ИБП поработал некоторое
время и отключился. Но после появления электросети, я не
могу ИБП запустить. Что делать?
Это типичная ситуация для ИБП, у которых аккумулятор
выработал свой ресурс. После пропадания напряжения в
электросети аккумулятор, питая нагрузку, разряжается
настолько, что оставшегося его заряда не хватает, чтобы запустить
нагруженный ИБП. В такой ситуации вам необходимо
отключить от ИБП нагрузку (вынуть из него электровилку насоса)
и запустить его на холостом ходу. Выждать 10-15 мин., пока
аккумулятор подзарядится, и подключить нагрузку. В будущем,
аккумулятор необходимо заменить новым.
Литература
1. Власюк Н.П. Что делать, если от аварии в электросети
у вас вышла из строя бытовая техника // Радиоаматор.
- 2005. - №9. - С.27.
2. http://cabel.com.Ua/articles/15/

Если вам потребовался источник питания с двумя фиксированными
стабилизированными выходными напряжениями положительной полярности, то необязательно в
качестве интегральных стабилизаторов напряжения применять специализированные
микросхемы. Двухканальный стабилизатор напряжений можно собрать с применением
интегральной микросхемы TDA2004, представляющей собой двухканальный усилитель
мощности звуковой частоты.
Необычный источник питания
на ИМС TDA2004
Андрей Бутов
Для сборки такой конструкции можно использовать даже
экземпляр микросхемы, который по каким-то причинам не
устраивает качеством звучания, или частично неисправный
экземпляр, например, если не работает один из каналов
или даже частично неисправны оба двухтактных усилителя
микросхемы. Для работы в качестве стабилизатора
подходят также неисправные экземпляры с обрывом «нижнего»
выходного транзистора ИМС. Также подойдут склонные к
самовозбуждению экземпляры микросхем и микросхемы с
большим уровнем искажений звука на малой громкости. Ток
покоя частично неисправной микросхемы не должен
превышать 80 мА.
Принципиальная схема двухканального источника питания,
выполненного на микросхеме TDA2004, показана на рис.1.
Стабилизатор настроен на выходные напряжения +9 В и +5 В.
Максимальный ток нагрузки для каждого канала не должен
превышать 2 А, а максимальная мощность, рассеиваемая
микросхемой, не должна быть более 30 Вт.
Работа устройства
Напряжение сети переменного тока поступает на
первичную обмотку понижающего трансформатора Т1 через
плавкий предохранитель FU1 и замкнутые контакты выключателя
SA1. Варистор RU1 защищает трансформатор от
повреждения всплесками напряжения сети. С вторичной обмотки
трансформатора напряжение 12 В переменного тока через
полимерный самовосстанавливающийся предохранитель FU2
поступает на мостовой диодный выпрямитель VD1. Конденсатор
C5 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. С
выхода выпрямителя напряжение постоянного тока поступает на
вывод 9 DA1. Керамический конденсатор C13 -
блокировочный по цепи питания DA1. Выходные напряжения
стабилизаторов зависят от напряжения стабилизации примененных
экземпляров стабилитронов, которые будут равны рабочему
напряжению соответствующего стабилитрона плюс 0,7...0,8 В.
В первом канале стабилизатора установлен стабилитрон VD2
с напряжением стабилизации 8,2 В, что позволяет получить
выходное напряжение +9 В постоянного тока. Во втором
стабилизаторе установлен стабилитрон VD3 (напряжение
стабилизации 4,3 В), что позволяет получить на выходе
напряжение +5 В.
Минимальная разница между входным и выходным
напряжением, при котором стабилизатор сохраняет
стабилизирующие свойства, составляет 2 В при токе нагрузки 2 А или 1 В
при токе нагрузки 0,1 А. Собственный ток потребления узла
стабилизатора на DA1 составляет 70 мА при входном
напряжении 18 В или 40 мА при входном напряжении 10 В.
Такие параметры ограничивают область применения
узлов стабилизаторов, собранных на TDA2004, но они
вполне пригодны для использования, например, в устройствах
автомобильной электроники, для питания переносных
компьютеров, игровых приставок, в составе зарядных устройств.
Также их можно использовать в других случаях, когда не
требуется высокая экономичность узла стабилизатора, а
ток нагрузок, подключенных к выходам стабилизаторов,
заметно больше тока покоя примененного экземпляра
микросхемы.
Выходные напряжения стабилизаторов DA1 можно
выключить, если относительно общего провода подать
управляющее напряжение +2...50 В на вход управления. В этом
случае соответствующий транзистор (VT1 и/или VT2) откроется,

напряжение на выходе соответствующего стабилизатора
станет равно нулю. Если выключение одного или обоих
стабилизаторов не требуется, то элементы R1, R3, VT1 и/или R2,
R4, VT2 можно не устанавливать. Конденсаторы С8, С9
предотвращают самовозбуждение микросхемы. Конденсаторы СЮ,
С14 и С11, С15 - блокировочные в цепях выходных
напряжений.
Конструкция и детали
Устройство можно смонтировать на печатной плате
размерами 105x55 мм (рис.2). Вид на монтаж показан на фото.
На монтажной плате установлены все элементы, кроме све-
тодиодов, варисто-
ра, плавкого
предохранителя,
выключателя и
силового
трансформатора.
Постоянные
резисторы типа
МЛТ, С1-14, С1-4,
С2-23 и другие
общего применения.
Варистор FNR-
20К431 можно
заменить MYG20-431, FNR-20K471.
Оксидные конденсаторы - К50-35,
К50-68, К50-29 или импортные аналоги.
Если устройство большую часть
рабочего времени будет эксплуатироваться с
суммарным током нагрузок более 2,5 А,
то параллельно конденсатору С5
желательно установить еще один такой же
емкости. Неполярные конденсаторы керамические типа К10-17,
К10-50, КМ-5 на рабочее напряжение не менее 16 В.
Рис.2
Стабилитрон 1N4738A можно заменить BZV55C-8V2, TZMC-
8V2, КС182Ц, 2С182К1, КС182А. Вместо стабилитрона 1 N4731А
подойдут BZV55C-4V3, TZMC-4V3, 2С143Д1. Для выходного
напряжения стабилизатора +12 В подойдет стабилитрон КС211Ц
с последовательно включенным маломощным диодом Шотки.
Если вместо стабилитрона установить светодиод АЛ307КМ, то
выходное напряжение будет около 2,4 В. Вместо диодного
моста BR1010 можно применить любые диодные мосты из
серий KBU6, BR605, КВРС601-КВРС610, RS801-RS807, KBU8.
Диодный мост устанавливают на дюралюминиевом, медном
или латунном теплоотводе. Светодиоды можно заменить
любыми общего применения непрерывного свечения.
Вместо микросхемы TDA2004 подойдет TDA2004A. Эти
микросхемы выполнены в удобном для монтажа на теплоот-
вод корпусе «Multiwatt11». Также можно использовать
микросхемы TDA2005S, A2000V, A2005V, DBL1032-D, LM2005, UPC2005.
Все эти микросхемы имеют максимальное напряжение
питания +18 В, минимальное напряжение питания у микросхем
A2000V, A2005V - 4 В, у остальных - 8 В. Микросхему необ-
Рис.1
ходимо установить на теплоотвод, площадь
охлаждения которого должна быть такой, чтобы
температура корпуса ИМС не поднималась
выше 60°С при максимальной допустимой
нагрузке стабилизатора. Показанные на фото
дюралюминиевые теплоотводы рассчитаны на
применение принудительного воздушного охлаждения
при максимальном токе нагрузок.
Самовосстанавливающийся предохранитель
MF-R400 можно заменить LP30-400. Этот
предохранитель не защищает микросхему от
коротких замыканий и перегрузок в цепях,
подключенных к выходам стабилизаторов нагрузок,
поэтому устройство не может быть использовано
как лабораторный блок питания.
Вместо транзисторов SS9013 подойдут
любые из серий КТ312, КТ315, КТ3102, КТ645, SS9014.
Понижающий трансформатор можно применить любой с
габаритной мощностью от 40 Вт, вторичная обмотка
которого должна быть рассчитана на максимальный ток нагрузки
стабилизатора. Напряжение «холостого хода» на вторичной
обмотке понижающего трансформатора не должно превышать
15,5 В при напряжении сети 242 В.

Большинство современных лабораторных источников питания снабжены цифровыми
индикаторами для контроля выходныхтоков и напряжений. Производители КИП
стараются реализовывать функции измерения и управления на одной микросхеме -
микроконтроллере (МК).
Лабораторный
двухканальный источник питания
с микропроцессорным
управлением
Павел Гурович
Использование МК упрощает и удешевляет конструкцию
прибора за счет снижения количества элементов.
Возможность обновлять ПО также является немаловажным
достоинством схем на МК.
Вместе с тем, использование для этих целей
специализированных микросхем АЦП типа ICL7106 и ICL7107
наблюдается реже. Эти микросхемы громоздки и не снабжены
динамическим управлением индикаторов.
В предлагаемом устройстве, помимо основных функций,
МК выполняет подсчет мощности, отдаваемой в нагрузку, при
необходимости включает охлаждение, а в дежурном режиме
переводит устройство в режим часов с календарем.
Основные технические характеристики устройства:
Напряжение питания 220 В 50 Гц
Постоянное выходное напряжение 0...33 В
Постоянный выходной ток 0...3,3 А
Максимальная мощность,
отдаваемая в нагрузку 200 Вт
Количество каналов 2
Амплитуда пульсаций
при максимальной нагрузке <3 мкВ
Источник вторичного питания импульсный
Способ регулирования мощности линейный
Охлаждение нагретых зон автоматическое
Основные возможности и режимы устройства:
1. Режим отображения времени даты с учетом
високосного года.
2. Функция автоматической коррекции времени.
3. Режим снижения яркости в дежурном режиме (только
для VFD версии).
4. Отображение температуры нагретой зоны.
5. Режим отображения напряжений, токов и мощностей
в рабочем режиме.
6. Функция проверки исправности датчика температуры.
7. Функция автоматического включения/выключения
вентилятора охлаждения.
8. Функция ручного управления подачей мощности в нагрузку.
Работа устройства
Лабораторный источник питания состоит из следующих
функциональных узлов:
блок управления и индикации;
блок измерения;
источник питания для блока управления и индикации
и блока измерения;
силовой блок;
устройство стабилизации напряжений и токов;
устройство охлаждения.
Блок управления и индикации
Представляет собой устройство, построенное на базе
микроконтроллера ATMEGA8 (рис.1 и рис.2).

В нем имеются четыре аналоговых входа для измерения
напряжений и токов, выходы для включения реле подачи
напряжения в нагрузку и включения вентилятора
охлаждения, вход для подключения датчика температуры, кнопки
управления и индикаторная панель.
помощью подстроенных резисторов RS - 10 кОм и 50 кОм для тока
и напряжения соответственно. Для простоты настройки блока
измерения необходимо использовать один источник питания 5... 10 В,
включенный параллельно всему питанию каналов, и второй источник
питания в качестве источника измеряемого напряжения на входе.
Рис.1
Рис.2
Программа для МК ATMEGA8 была написана для VFD
(вакуумного люминесцентного индикатора 4*20 CU20045SCPB-
Т23А FUTABA) и стандартного 4*20 ЖКИ.
Питание блока - стабилизированное 5 В. Максимальное
паспортное потребление тока VFD - 1 А. Это на два
порядка больше, чем у ЖКИ, что следует учесть при выборе
источника питания для этого блока.
Блок измерения
Блок измерения представляет собой гальванически
развязанную между входом и выходом систему двойного преобразования
аналогового сигнала (рис.3) «напряжение - частота -
напряжение» (V - F - V). Блок измерения является прецизионным
устройством с нелинейностью не хуже 0,01%. Питание устройства со
стороны измерения (левая часть рис.3) 8,5 В и может лежать в
пределах 5...40 В. Следует обратить внимание, что значительное
изменение питающих напряжений от
указанных на схеме потребует
изменение номиналов в цепях питания
светодиодов оптопар. Правая часть
блока измерения гальванически
связана с блоком управления и
индикации и имеет тоже питание 5 В.
На схеме блока измерения
изображен только один канал, - канал
напряжения и тока А. Канал В
идентичен каналу А.
Настройка блока сводится к
установке выходного напряжения при
соответствующем напряжении на входе с
Затем необходимо проверить прохождение сигнала от
входа к выходу в соответствии с указанными на рис.3
значениями. Во избежание выхода из строя блока измерения
при настройке не следует превышать максимально
допустимое значение напряжения на входе микросхем типа LM331.
Источник питания для блока управления и индикации
и блока измерения
Он является наиболее сложным устройством и требует
некоторого опыта при изготовлении (рис.4). Источник питает
соответствующие блоки несколькими стабилизированными
напряжениями, гальванически изолированными друг от друга.
В авторском варианте использован импульсный
трансформатор Т1 типа 37Р-6000 от отслужившего свой срок
драйвера электродвигателя. Это стандартный трансформатор,
который использовался для питания цепей управления силовых
Таблица 1
Номер контакта
трансформатора Т1
Назначение
Напряжение после
выпрямителя
Минимально
допустимый ток
1;2
Первичная обмотка
-
-
3;4 + 7;8
Обмотка для питания контроллера
IC1
2x14 В
100 мА
5;6
Обмотка для питания блока
управления и индикации(рис1.
рис.2) и правой части блока
измерения (рис.3)
5В
1500 мА
9; 10
Обмотка для питания левой части
блока измерения (рис.3)
8,5 В
30 мА
11;12
Обмотка для питания левой части
блока измерения (рис.3)
8,5 В
30 мА
13;14
Обмотка для питания левой части
блока измерения (рис.3)
8,5 В
30 мА
15;16
Обмотка для питания левой части
блока измерения (рис.3)
8,5 В
30 мА

модулей с составными транзисторами и питания
процессорной части. Вполне допустимо применение любого
импульсного трансформатора с обмоткой 5 В / 1,5 А и четырьмя
изолированными обмотками с напряжениями 8...20 В / 30... 100 мА
для блока измерения. Такие трансформаторы установлены во
всех драйверах моторов серво- и переменного тока.
Подойдут и импульсные трансформаторы для питания цепей
управления IGBT-модулей. Иногда проще использовать готовый им-
Рис.З
пульсный источник питания, домотав недостающие обмотки.
При этом следует соблюдать фазировку согласно рис.4 и не
соединять корпус обмотки питания контроллера с общими
шинами вторичных обмоток.
В табл.1 указаны выходные напряжения и токи
трансформатора Т1.
Применяя ШИМ контроллер КА1M0565R, автор
руководствовался простотой схемы включения и интегрированного
в контроллер силового транзистора.
Устройство стабилизации напряжения и тока
Устройство стабилизации напряжения и тока
представляет собой линейную схему регулирования мощности. На
рис.6 показан один канал А. Каналы А и В идентичны.
Общие шины и шины питания каналов изолированы друг
от друга. Вход устройства подключен к силовому блоку, а
выход - к входным контактам коммутационных реле
pwrout1_2 в блоке управления и индикации. Выходные
контакты коммутационных реле
pwrout1_2 подключены
непосредственно к клеммам,
расположенным на передней
панели устройства. К этим клеммам
подключены входы блока
измерения напряжения. Для
измерения тока соответствующие
входы блока измерения
подключены к токовым шунтам R16 в
соответствии с указанной на
схеме полярностью.
Для настройки устройства
стабилизации напряжения и
тока необходимо установить
напряжения питания ±17,5 В в
контрольных точках согласно
схеме с неустановленными или
отключенными микросхемами
операционных усилителей ОР1
и установить границу
включения индикатора защиты по току
limitj.
Напряжения питания ±17,5 В
на выходах ИМС DA3 и DA4
устанавливают потенциометрами
R23 и R24 с помощью
цифрового вольтметра.
Границу включения индикатора защиты по току limitj
устанавливают потенциометром R20, при условии, что
регулятор тока R11 находится на минимуме, т.е. в крайнем
нижнем положении (рис.6). Индикатор защиты должен
светиться ровно и без мерцаний.
Силовой блок
Силовой блок представляет собой четыре адаптированных
источника питания от ноутбука. Адаптация сводится к
переключению шины заземления и экрана от минусовой шины 19 В и
подключению их через разделительные конденсаторы 4,7 нФ 1 кВ к
обоим полюсам выходного напряжения 19 В согласно рис.5.
Это сделано для того, чтобы при последовательном включении
каналов не происходило короткое замыкание через шину
заземления. В силовом блоке следует использовать источники
питания с выходным током не менее 3,5 А и напряжением 17...20 В.
Готовые блоки питания следует вставить в изогнутый стальной
экран из луженой жести, затем спаять его по шву и заземлить. Рис.4

Рис.5
Измерительные резисторы R16, составные транзисторы
VT1 от двух каналов, датчик температуры IC2 от блока
управления и индикации, вентилятор охлаждения размещают
на основном радиаторе (площадью 2100 см2) в задней
части корпуса источника питания. Микросхемы
стабилизаторов напряжения двух каналов DA3 и DA4 также
необходимо установить на радиатор. Это может быть как основной,
так и установленный в устройстве
стабилизации напряжения и тока
радиатор. Установленные на корпус
основного радиатора элементы
необходимо изолировать, а радиатор
заземлить. Общий провод
источника питания 5 В также необходимо
заземлить. Трансформаторы
питания каналов - маломощные 220 В /
2*22 В-2,5 Вт.
Для удобства на плате
устройства стабилизации напряжения и тока
установлена линейка параллельно
включенных разъемов для питания
220 В всех блоков источника (рис.7).
При использовании указанных на
схеме элементов и соблюдении
номиналов подстроечных элементов,
дополнительной настройки устройства
стабилизации напряжения и тока не
требуется.
В случае наблюдения
осциллографом возбуждения на выходе компаратора ОР1.2
необходимо увеличить емкость конденсатора Сб.
Устройство охлаждения
Устройство охлаждения состоит из радиатора и
вентилятора охлаждения, установленного на основной радиатор.
Для питания вентилятора охлаждения и подсветки светодио-
Рис.6

дов ЖКИ (если индикатор с подсветкой) используется
готовый миниатюрный источник питания для зарядки мобильного
телефона, рассчитанный на ток 500 мА и напряжение 12 В.
Его выходное напряжение поступает на вход контактной
группы реле COLLER в блоке управления и индикации и ко
входу подсветки ЖКИ вышеописанным способом. Выход
контактной группы реле COLLER подключается непосредственно к
вентилятору охлаждения.
Рис.7
На передней панели располагают кнопки управления,
индикаторы включения защиты по току, клеммы и регуляторы.
Регуляторы напряжения - многооборотные. При
необходимости на боковой стороне размещают сетевой выключатель.
Детали
Резисторы в измерительных цепях в блоке измерения и
устройстве стабилизации напряжения и тока должны быть с
точностью не хуже 1%, оптопары IC2, IC5 - 4N35, CNY17 или
аналогичные. Транзистор VT1 в устройстве стабилизации
напряжения и тока - любой n-p-п составной транзистор с
икэмакс=60...250 В, мощностью не менее 150 Вт и 1кмакс>10 А.
Измерительный шунт (резистор R16) - мощностью не
менее 5 Вт.
Без изменений схемы микросхема KA1M0565R может
быть заменена KA1H0565R. С определенными доработками
допустимо использование контроллеров серий ТОР или VIPER.
Контактные группы коммутационных реле должны быть
рассчитаны на токи, указанные на схеме.
Для снижения общих габаритов устройства
целесообразно использовать поверхностные SMD-компоненты, а требуемые
значения сопротивлений для измерительных цепей можно
получить, используя программу Parcalc http://pgurovich.ru/parcalc/.
Работа с устройством
Устройство отображает на индикаторе информацию в двух
режимах:
режим 0 - отображается время, календарь и
температура на пониженной яркости;
режим 1 - отображаются напряжения, токи и
мощности двух каналов на полной яркости.
Выбор режима производится соответствующим
логическим уровнем напряжения на входе MODE
(вывод 19 ATmega).
При переходе из режима 0 в режим 1,
удерживая кнопку MODE, напряжение с ЛИП
не поступит в нагрузку до отпускания этой
кнопки. Это сделано для контроля момента
подачи напряжения.
При превышении температуры датчика
значения +45,0°С, независимо от режима
индикации, включится вентилятор, а при
снижении ее до +35,5°С вентилятор
выключится. При превышении температуры датчика значения +85,0°С
в режиме 1 на индикаторе вместо значений мощностей
отобразится надпись «ALARM!».
При нарушении нормальной работы термодатчика,
независимо от режима индикации, в нижней строке индикатора
отобразится надпись «TempERR».
Редактирование времени и календаря
Установка новых значений времени и календаря
возможна только в режиме 0. Кнопкой Sel (вывод 17 IC1 рис.1)
производится выбор параметра для его изменения в
следующем порядке: часы, минуты, день, месяц, день недели, год,
секунды.
Выбранный параметр мигает на индикаторе. Он
устанавливается в нужное значение кнопками «+» и «-» (выводы
18 и 19 IC1 рис.1), кроме секунд, кнопкой Sel секунды
обнуляются, т.е. текущая минута начинается сначала.
Устройство выходит из режима редактирования:
через 3 с после последнего нажатия любой кнопки;
после редактирования секунд;
после редактирования точности хода часов.
После удержания кнопки «+» или «-», нажатой более 3 с,
увеличится скорость изменения значения выбранного
параметра.
Редактирование точности хода часов
При необходимости подстроить точность хода часов, нужно
в режиме 0 подержать кнопку Sel нажатой не менее 3 с. На
индикаторе появится параметр, управляющий точностью. При
изменении этого числа на единицу кнопками «+» и «-» точность
хода изменится в ту же сторону примерно на 1 с за 3 месяца.
После установки нового значения параметра для его записи в
EEPROM и выхода из редактирования нужно нажать кнопку Sel.
Параметр точности может быть в пределах от 0 до 2000000.
Данный источник питания не является критичным в
плане ЭМС, не требует дополнительных мер и может быть
собрано на макетных платах с использованием SMD
компонентов. Важно, чтобы все экраны импульсных источников
питания были соединены с заземлением, а высоковольтные
первичные цепи были надежно изолированы.

В статье описывается схемотехника измерителей мощности на основе использования
полупроводниковых диодов, позволяющих конструировать ваттметры щитового или
приборного монтажа с учетом cos(p нагрузки.
Измерители мощности
на полупроводниковых диодах
Сергей Артюшенко, Евгений Скорик
В общем случае канал преобразования сигналов в
нелинейной электронной схеме с диодами имеет переходную
характеристику «вход - X, выход - Y» в виде функции
полиномиального ряда, в который раскладывается вольтамперная
характеристика полупроводникового прибора:
где:
у - мгновенное значение выходного сигнала;
х - мгновенное значение входного сигнала;
ап - коэффициенты полинома.
Можно принять выражение для сигнала х в виде:
Авторами на одном из предприятий г. Киева
разработан действующий макет опытного образца переносного
ваттметра на диодах для использования в бытовой сети 50 Гц.
Актуальность разработки определяется часто возникающей
необходимостью оценки уровня потребляемой мощности при
планировании расходов электроэнергии пользователями в
условиях режима жесткой экономии электроэнергии в быту
при использовании внешних домашних электроприборов
типа нагревателей, сушилок, духовок, кипятильников,
электроплиток и др.
где fc - частота сигнала.
Теперь можно математически показать, что
постоянную составляющую на выходе диода образует, кроме
линейного члена при а0 за счет прямого детектирования, еще
и квадратичный член при а2 за счет квадратичного
детектирования.
Будем считать вначале для простоты описания, что
рабочие точки диодов выбраны в пределах идеализированных ква-
Базовая структура ваттметра на диодах
На рис.1 показана базовая электрическая схема
ваттметра на диодах. Последовательно с нагрузкой ZH включен
трансформатор тока Тт, вторичное напряжение которого
пропорционально току нагрузки, а параллельно фазному
напряжению сети - соответственно трансформатор напряжения Тн,
вторичное напряжение которого пропорционально этому
напряжению сети. Одна из вторичных обмоток (все равно
какая, в данном случае токовая) имеет среднюю точку для
обеспечения балансности схемы. Вторичные обмотки Тн и Тт
соединяются с двумя идентичными диодами VD-, и VD2 в
балансную схему таким образом, что на верхний по схеме
диод VD1 подается векторная сумма вторичных напряжений
двух трансформаторов, а на нижний VD2 - соответственно их
разность. Рис.1

дратичных участках вольтамперных характеристик диодов.
Тогда токи диодов соответственно будут равны:
Здесь Ен и Ет - выходные напряжения трансформаторов
соответственно напряжения и тока в схеме рис.1.
Благодаря применению любой выбранной балансной
схемы включения диодов, после схемы вычитания токов по
постоянному току получаем значение разностного тока:
плюс составляющие токов второй гармоники сетевой
частоты fc. Их отфильтровывают фильтром нижних частот,
например, в простейшем случае параллельной нагрузке (R5+R6)
емкостью С1.
Таким образом, схема на рис.1 работает в качестве
функционального перемножителя, и ее выходное напряжение при
наличии сдвига фаз между током и напряжением
пропорционально СОБф.
Измерительный прибор (РА1) регистрирует разность
потенциалов на нагрузках диодов, и схема на рис.1 реализует
режим измерения мощности, потребляемой в нагрузке, т.е.
является полупроводниковым ваттметром и после
калибровки может служить измерительным прибором.
Бестрансформаторная схема ваттметра
Наличие в схеме рис.1 моточных узлов -
трансформаторов тока и напряжения - может составить определенные
неудобства. Поэтому представляет интерес бестрансформаторный
вариант (рис.2), способный работать ваттметром, начиная с
постоянного тока. Последнее обстоятельство удобно в плане
калибровки образца ваттметра классными контрольными
приборами (ваттметром или вольтметром и амперметром) на
постоянном токе. Недостатком бестрансформаторной схемы
является то, что все ее элементы находятся под опасным
напряжением питающей сети. Этот недостаток легко преодолевается
при развязке между собой измерительной части схемы
(собственно датчика мощности, показанного слева от пунктирной
разделительной линии на рис.2) и ее регистрирующей части
(справа) с помощью оптоэлектронных пар - оптронов.
Практическая разработка ваттметра на диодах
Для проектирования образца выбрана комбинация из
рассмотренных ранее схем, использующая готовый
малогабаритный трансформатор напряжения (Тн, как в схеме рис.1) и
последовательный с нагрузкой токовый датчик (как R1 и R2
в схеме рис.2). Такая электрическая схема позволяет
оптимально с помощью отводов во вторичной обмотке
трансформатора напряжения Тн осуществлять подбор рабочей точки
диодов для реализации линейной шкалы мощности в Вт, а при
переключении токовых датчиков типа универсальных шунтов
амперметров, осуществлять оперативное изменение шкалы
измеряемой мощности.
В качестве диодов можно использовать диоды типа 2Д401Б
или КД509А.
В качестве измерительного прибора применен стрелочный
прибор типа М24 со шкалой на 100 мкА и сопротивлением
рамки 660 Ом с последовательным подстроечным
переменным резистором Rk=4,7kom для установки базовой
калибровочной шкалы 100 Вт. При этом токовые резисторы R1 и R2
выбраны номиналом в 1,5 Ом. Остальные две шкалы - 300
и 1000 Вт (или другие по заказу) выбирают с помощью
переключения универсального шунта или простым параллельным
шунтированием токовых резисторов. В макете используется
сильноточный линейный переключатель на 3 положения с
нейтральным средним положением, на котором производится
калибровка ваттметра по основному токовому шунту R1R2.
Рис.2
Результаты проверки линейности шкалы ваттметра в
ваттах на основной шкале, на которой проводилась калибровка,
с помощью осветительных ламп накаливания мощностью 40,
60, 75 и 100 Вт показали, что прибор обеспечивает точность
измерения ±5...7%. Чисто реактивная контрольная нагрузка
ваттметра на бумажный конденсатор типа МБГО 10 мкФ 400 В
показала отсутствие регистрации пассивной мощности.
Конструктивно образец ваттметра по требованию
электробезопасности размещен в закрытом контейнере (коробке)
размерами 160x125x50 мм. На отрывающейся крышке
расположен стрелочный измерительный прибор М24. На фото в
начале статьи показан общий вид макета ваттметра и его
комплектации.
Заключение
По мнению авторов, несмотря на относительно малую
известность, ваттметры на полупроводниковых диодах могут
составить полезную альтернативу ваттметрам на эффекте Холла.
Поэтому при инженерном проектировании ваттметра на
диодах для выбора рабочей точки двухполюсника
необходимо получить вначале отображение вольтамперной
характеристики реального диода с помощью характериографа, а
затем посредством аналитических методов (например,
используя популярную компьютерную программу «Mathlab»),
определить члены разложения характеристики вплоть до
четвертого.
Литература
1. Бокринская А.А., Скорик Е.Т. Измерение мощности на
сверхвысоких частотах. - К.: Техника, 1962. - С. 171.

Обычное включение электрических нагревательных устройств, ламп накаливания,
электродвигателей, бытовой техники и т.п. вызывает большой пусковой ток, что существенно
влияет на надежность работы электрической сети объекта, особенно если она максимально
загружена. Эта проблема в настоящее время решается путем применения устройств
плавного включения электрической нагрузки. В статье приведены устройства,
разработанные автором.
Плавное включение
активной электрической
нагрузки
Анатолий Журен ко в
Многие пользователи электрической энергии были
свидетелями того, как в момент включения перегорают
электрические лампы, отключаются автоматы и выходят из строя
электроприборы. Причиной этому является то, что в момент
включения электрические устройства имеют сопротивления
значительно меньше, чем в рабочем состоянии, и переходные
процессы в них вызывают большие пусковые токи. Эти токи
также нагревают проводники электропроводки, что постепенно
ведет к преждевременному старению ее изоляции и
короткому замыканию с соответствующими последствиями. В связи
с этим предприятия электротехнической промышленности
разработали множество оригинальных электронных устройств
плавного включения и регулирования мощности
электрической нагрузки.
Правда, встречаются далекие от совершенства
устройства «плавного» пуска нагрузки, предусматривающие
замыкание гасящего сопротивления через несколько секунд после
подачи напряжения на нагрузку. Можно себе представить,
на какую мощность должны быть рассчитаны гасящие
сопротивления и замыкающие их контакты реле, если вопрос
касается мощной нагрузки. Без применения тиристоров или си-
мисторов и оригинальных схем управления этот вопрос на
должном техническом уровне в настоящее время не решить.
Вопросы плавного ручного включения нагрузки
достаточно изучены, описаны и широко применяются
промышленностью и электриками любителями [1, 2], поэтому в данной
статье рассматриваться не будут. Судя по информации в
журналах и Интернете, вопросы плавного автоматического
включения нагрузки еще требуют доработки и оптимизации.
Зарубежными фирмами предлагается целый ряд устройств с
различными параметрами и на все случаи сегодняшней жизни
в части плавного включения различных нагрузок. Например,
ряд устройств фирмы REVO для мощных трехфазных
нагрузок с регулируемыми параметрами, а также устройства для
плавного включения лам накаливания типов ВМ 1044, УПВЛ
200 Вт, для галогенных и стандартных ламп накаливания
типа NP-EI-500 и др. Во всех устройствах в качестве силового
звена применяются тиристоры или симисторы, управляемые
специальными микросхемами.
Устройства на специализированной микросхеме
Для плавного включения ламп накаливания широко
применяется микросхема типа К1182ПМ1Р (U=240 В, Р=150 Вт)
в корпусе DIP, позволяющая путем постепенного изменения
фазового угла включения увеличивать подаваемое на лампу
накаливания напряжение (рис.1).
Время плавного включения зависит от емкости
конденсатора СЗ, а время плавного выключения - от сопротивления
резистора R1, которые можно подбирать.
Функционально данная микросхема состоит из двух
тиристоров, включенных встречно-параллельно, и управляемых
через развязывающие диоды блоком управления, питающегося
от диодного моста (рис.2). Внешние цепи позволяют
осуществлять ручную регулировку яркости и управление более
мощными тиристорами и симисторами.
Рис.1

Аналогичная микросхема типа К1182ПМ1Р1 в корпусе
DIP-8 имеет в два раза меньшие габариты. Микросхема
типа К1182ПМ1 в корпусе SO-8 рассчитана на мощность нагруз-
Рис.2
ки до 40 Вт. Внешний вид собранной платы на К1182ПМ1Р,
разводка печатной платы, компоновка деталей, схемы
подключения внешних цепей и управления силовыми
тиристорами и симисторами приведены на сайтах [3, 4].
Для случаев отсутствия указанных выше микросхем
автором разработаны и испытаны схемы плавного включения и
Рис.3
выключения нагрузки. При этом преследовалась цель
использовать проверенные простые и надежные схемы
регуляторов мощности [1] и выключателей нагрузки на тиристорах
и симисторах, заменив переменные резисторы ручной
регулировки максимально простыми электронными схемами
управления.
Устройство с фоторезистором
В варианте устройства на тиристорах использована
схема электронного выключателя двигателя компрессора,
которая в процессе длительной эксплуатации показала ее
высокую надежность [5]. Тиристоры при встречно-параллельном
включении без резисторов между управляющими
электродами и катодами открываются при токе между управляющими
электродами, начиная с 1 мА. То есть при замыкании их
резистором сопротивлением менее 220 кОм тиристоры могут
полностью открываться, а при увеличении этого
сопротивления выше 1 МОм они полностью закрываются. Исходя из
этого, к управляющим электродам был подключен
фоторезистор типа ФР-756 с темновым сопротивлением более 2 МОм.
При освещении фоторезистора его сопротивление
существенно уменьшается, и тиристоры из закрытого состояния
переходят в полностью открытое состояние. Остается обеспечить
плавное увеличение освещения фоторезистора. Это
реализовано в устройстве, принципиальная схема которого показана
на рис.3. Вид монтажа устройства
показан на рис.4. Все детали
размещены на монтажной планке.
Важно! Корпус изделия или
экран оптопары должны быть
светонепроницаемыми.
Принцип работы устройства
заключается в плавном увеличении
напряжения на конденсаторе
большой емкости С1 и светодиоде HL1
при включении SA1. В
результате этого плавно уменьшается
сопротивление фоторезистора,
постепенно открывающего тиристоры. При размыкании SA1
конденсатор С1 плавно разряжается, уменьшая свечение HL1 и
увеличивая сопротивление фоторезистора до полного
закрытия тиристоров.
В качестве осветительного элемента оптопары применен
сверхъяркий светодиод. Для его питания использована схема
с гасящим конденсатором С2. Подбором емкости этого
конденсатора добиваются полного открывания тиристоров,
контролируя форму сигнала с помощью осциллографа и
напряжения на светодиоде вольтметром, которое не
должно превышать допустимую величину.
При настройке устройства подбор номинала С2
необходимо начинать с 0,01 мкФ. Теоретически рассчитать
его номинал довольно сложно из-за зависимости
нормального режима работы схемы от параметров
используемых тиристоров и мощности нагрузки. В случаях
появления заметной асимметрии положительных и
отрицательных импульсов необходимо подобрать экземпляры
тиристоров для получения симметричных импульсов.
Практически это производится при замене фоторезис-
Рис.4
тора переменным резистором порядка 1 МОм, установкой
отсечки синусоиды около 50% и подбором тиристоров до
получения симметричных импульсов на экране осциллографа
(рис.5).
От номиналов С1, С2, резистора R2 и параметров свето-
диода HL1 зависит время плавного включения нагрузки, а

время плавного выключения - от С1, R2 и HL1. Без
резистора R2 время отключения существенно превышает время
включения (в данном устройстве, нагруженном на лампу
накаливания мощностью
100 Вт, время
включения равно 4 с, а время
отключения равно 5 с).
Плавные включения
и выключения нагрузки
осуществляются
слаботочным выключателем
SA1, а для полного
выключения предназначен
Рис.5 ОЛО
автомат SA2.
почка накаливания. В связи с тем, что внутреннее
сопротивление ее меньше, чем у светодиода, для обеспечения
аналогичного времени плавного включения такой же нагрузки
потребовались емкости конденсаторов С2 и СЗ существенно
больше, чем в схеме со светодиодом. Работа такого
регулятора мощности описана в [1].
Монтаж деталей устройства показан на фото в начале
статьи. Наладка осуществляется, как описано в [1]. При
использовании оптронов с лампочками накаливания резистор
R1 из схемы можно исключить.
Техника безопасности
Необходимо помнить, что детали схемы находятся под
опасным напряжением, поэтому замену деталей при подборе
их номиналов необходимо
производить при полном
отключении схемы от электросети!
В заключение следует
отметить, что описанные
способы управления силовыми
тиристорами и симисторами
показывают, что данный вопрос
можно решать более простыми
способами, чем предлагается в
литературе, которые далеко не
окончательные. Здесь
открывается широкое поле для
творческих людей. Возможны
варианты схем управления на оп-
тодиодах, оптотранзисторах, оп-
Рис.6
При использовании радиаторов охлаждения для
тиристоров данное устройство может коммутировать
ток нагрузки до 20 А.
Следует иметь в виду, что окончательную наладку
устройства необходимо производить на реальную
нагрузку!
Устройство для 3-фазной нагрузки
Принципиальная схема устройства плавного включения
трехфазной нагрузки мощность до 7,5 кВт показана на рис.6.
При этом параллельно светодиодам подключены
стабилитроны для ограничения и выравнивания потенциалов с учетом
того, что внутренние сопротивления светодиодов могут
несколько отличаться. Наладка устройства производится
описанным выше способом.
Использование серийной оптопары
В устройстве на симисторе (рис.7) в качестве
эксперимента применен для управления регулятором мощности оп-
трон типа ОЭП-2, в котором источником света является лам-
Рис.7
тотиристорах, однопереходных транзисторах, реле времени на
высоковольтных полевых и биполярных транзисторах.
Литература
1. Журенков А. Простые регуляторы мощности нагрузки //
Электрик. - 2010. - №5-6.
2. Различные схемы тринисторных регуляторов
мощности. - www.radiosait.ru.
3. Устройство плавного включения ламп накаливания. -
www.masterkit.ru.
4. Схема фазового регулятора. - www.tec.org.ru.
5. Журенков А. Бытовой компрессор с электронным
управлением // Электрик. - 2009. - №6. - С.48-49.

В статье описывается инвертор напряжения для питания трехфазного электродвигателя.
Инвертор осуществляет ручное скалярное управление работой электродвигателя.
Вячеслав Калашник
В современном частотно-регулируемом электроприводе
можно выделить три основные составляющие:
1. Преобразователь электроэнергии (выпрямитель-инвертор).
2. Система управления.
3. Асинхронный электродвигатель.
Преимущественно в частотно-регулируемых приводах
применяется простая схема, состоящая из неуправляемого
выпрямителя и независимого инвертора напряжения.
В регулируемых электроприводах переменного тока
используются три основные структуры системы
автоматического регулирования:
1. Реализация заданной статической зависимости между
частотой и действующим значением напряжения U,
питающего электродвигатель (скалярное управление электроприводом).
2. Алгоритм векторного управления.
3. Алгоритм прямого управления моментом.
При скалярном управлении контур управления
разомкнут. Частота вращения электродвигателя в этом случае
определяется моментом нагрузки и выходной частотой
преобразователя f. Выходное напряжение преобразователя зависит
от частоты и определяется соотношением K=U/f. Для
каждого конкретного случая эта зависимость может иметь
различный угол наклона U/f.
Система автоматической регулировки должна измерять
фазные токи lA, lB и вычислять активное значение тока,
пропорциональное моменту. Область применения такого
преобразователя с системой скалярного типа: насосы,
вентиляторы, центрифуги, конвейеры.
Система автоматического регулирования с векторным
управлением используется для регулирования частоты
вращения или момента электродвигателя. Типичное применение:
краны, подъемники, лебедки. Такое управление требует
измерения тока статора lA, lB и числа оборотов ротора двигателя.
Полученные сигналы вводятся в математическую модель
асинхронного электродвигателя. Система автоматического
регулирования прямого управления моментом основана на
реализации во времени работы двух моделей:
1. Регулирование в скользящем режиме вектора потокос-
цепления статора и момента М электродвигателя по
значениям, их заданных и действительных величин. Такое
регулирование осуществляется модулем сверхбыстрых процессоров.
2. Модель асинхронного электродвигателя через каждый
промежуток времени осуществляет вычисление
действительных значений потока статора и момента по вводимой в нее
(модель) информации: токам фаз статора, напряжению звена
постоянного тока и положению ключей инвертора. Кроме
того, производится вычисление скорости асинхронного
двигателя и частоты выходного тока инвертора. Этот метод прямого
управления моментом привлекателен тем, что отсутствует ши-
ротно-импульсная модуляция и не используется датчик
вращения электродвигателя.
Из сказанного следует, что реализовать два последних
метода САР часто затруднительно.
В большинстве преобразователей частоты для
формирования синусоидального тока в статорной обмотке
асинхронного двигателя используется ШИМ (широтно-импульсная
модуляция). Наряду с массой преимуществ такой способ
получения синусоидального тока не свободен от существенных
недостатков, главный из которых заключается в том, что
для получения малых гармонических составляющих тока
необходимо значительно увеличить частоту переключений
ключей инвертора (до 20...25 кГц). Это вызывает рост
динамических потерь в ключах инвертора, а также усложнение и
без того тяжелых энергетических условий, в которых
работают силовые элементы схемы. Кроме того, принцип ШИМ
не позволяет полностью использовать напряжение
источника питания, особенно в случаях, когда необходимо
реализовать повышенный момент на валу асинхронного
двигателя.

Работа инвертора
На рис.1 показана принципиальная
схема автономного инвертора
напряжения для питания трехфазного
асинхронного двигателя. Это устройство
реализует ручное скалярное управление
электродвигателем, поскольку нет обратной
связи (не контролируется величина
тока в обмотках статора). Реализация
заданной статической зависимости
между частотой f и действующим
значением напряжения U, питающего
электродвигатель, осуществляется вручную.
Задающий генератор выполнен на
основе 3 инверторов DD1.1—DD1.3.
Скважность его импульсов близка к 50%, и
генератор работает на частоте,
определяемой выражением F=1/[0,5(R2+R3)C1].
Такой генератор мало чувствителен к
изменениям величины напряжения
питания.
Регулирование частоты генератора
(а, следовательно, и выходной частоты
преобразователя) осуществляется
резистором R3.
Широтно-импульсный модулятор
построен на микросхеме DD7 и
инверторе DD11.2. Микросхема DD7 (импортный
аналог этой микросхемы CD4007)
содержит два инвертора и два полевых
(р-канальный и n-канальный)
транзистора. Сопротивление каналов этих
транзисторов почти линейно зависит от
входного напряжения. Полевые
транзисторы включены через диоды VD1 и VD2
параллельно резистору R9.
При высоком уровне напряжения на
выходе генератора диод VD2 будет
проводить, т.е. выходное сопротивление р-
канала транзистора DD7.3 будет
включено параллельно с резистором R9.
Подобным же образом выходное
сопротивление n-канального транзистора
включается параллельно резистору R9 при
низком уровне на выходе генератора.
Широтно-импульсный модулятор
реализуется изменением скважности
импульсов генератора в соответствии с
входным напряжением, поступающим с
двухзвенной интегрирующей цепочки
R6C4, R7C5. Само изменение частоты
колебаний минимально зависит от их
скважности, так как выходное
сопротивление одного транзистора возрастает, а
другого всегда уменьшается при любой
величине управляющего напряжения.
Таким образом, среднее за период
значение шунтирующего резистор R9 со-

противления остается постоянным. Частота колебаний
генератора соответствует 10 кГц. Увеличение управляющего
напряжения, поступающего на модулятор, приводит к
увеличению длительности выходных импульсов. Уменьшение
управляющего напряжения, соответственно, приводит к уменьшению
длительности импульсов выходного сигнала. При этом
частота колебаний остается неизменной.
Выходной сигнал задающего генератора (DD1.1—DD1.3)
подается на вход 13 DD5.1 (с выв. 3 DD1.2), а также на
тактовый вход 14 DD2 (с выв. 11 DD1.1).
С помощью D-триггеров микросхемы DD8 получают
трехфазную импульсную последовательность, задержанную
относительно исходной.
Из прямых и инверсных выходных сигналов микросхем
DD3.1-DD3.3, DD4.1-DD4.3 и триггеров DD8 логические
элементы DD9.1, DD9.2, DD10.1, DD10.2, DD11.1, DD11.3
формируются импульсы управления «верхними» и «нижними»
силовыми ключами.
Преобразователь реализован по схеме полного
трехфазного моста, выполненного на шести транзисторах VT1-VT6. Си-
Рис.2
На микросхеме DD2 выполнен десятичный
счетчик-делитель частоты с дешифратором. Если на входе «разрешение»
13 ИМС DD2 присутствует низкий уровень, счетчик считает
импульсы по положительному перепаду на тактовом входе 14.
При высоком уровне на входе 13 ИМС DD2 действие
тактового входа запрещается, и счет останавливается.
Высокий уровень на входе сброса R (выв. 15) DD2
счетчика устанавливает его в «нулевое» состояние. На каждом
выходе счетчика-дешифратора DD2 высокий уровень
последовательно появляется только на длительность периода
тактового импульса.
Выходные импульсы с выходов микросхемы DD2
формируются в трехфазную импульсную последовательность с
помощью микросхемы DD3. Микросхема DD4 осуществляет
инверсию трехфазной импульсной последовательности.
нусоидальный выходной сигнал формируется методом широт-
но-импульсной модуляции. Управляется мост тремя
высокочастотными драйверами типа IR2110 (ИМС DA1-DA3),
способными перезаряжать затворы полевых транзисторов током до
2 А. Входное напряжение для этих драйверов должно
находиться в пределах 10... 15 В. При снижении напряжения ниже 10 В
драйвер отказывается работать, так как он имеет встроенную
схему контроля питающего напряжения. Повышение
напряжения выше 15 В приводит к выходу из строя драйверов или
затворов полевых транзисторов. Максимальное напряжение
между затвором и истоком VT1-VT6 составляет 20 В. Драйверы
DA1-DA3 имеют вход SD, при подаче на который сигнала
высокого уровня они запираются, и преобразователь не
работает. Это можно использовать для защиты преобразователя от
перегрузки. Выходной сигнал с задающего генератора посту-

пает на делитель частоты на 3 (DD5.1, DD6.1, DD6.2), а также
на логический элемент «Исключающее ИЛИ», выполненный на
микросхеме DD5.3.
Логический элемент DD5.2 в сочетании с резистором R4
и конденсатором С2 создает пусковой импульс,
устанавливающий оба триггера ИМС DD6 в исходное состояние.
Выходной сигнал делителя частоты на 3 (сдвинут на 180°
относительно входного), проходит через две последовательно
соединенные интегрирующие цепочки R6C4, R7C5 и
представляет собой по форме приблизительно синусоиду с периодом
в 10 мс. Выходной сигнал логического элемента DD5.3 -
прямоугольный импульс длительностью 0,5 мс и периодом в
1,7 мс. Длительность импульса можно регулировать, изменяя
величину резистора R5. От длительности импульса зависит
величина зазора между включением силовых ключей. Это
необходимо для того, чтобы силовые ключи не оказались
одновременно открытыми, что опасно протеканием через них
сквозных токов.
Диоды VD7-VD10 устанавливаются в том случае, когда
используемые в инверторе силовые транзисторы не имеют
внутреннего диода. Мощность преобразователя зависит от типа
примененных полевых транзисторов. Полевые транзисторы,
а также транзисторы IGBT можно устанавливать
параллельно для увеличения мощности преобразователя.
На рис.2 показаны временные диаграммы сигналов в
определенных точках инвертора, а именно:
1 - тактовая частота задающего генератора;
2 - выходной сигнал логического элемента DD5.3;
3 - вывод 12 D-триггера DD6.2;
4 - импульсная последовательность на выводе 9
логического элемента DD3.1;
6 - импульсная последовательность на выводе 6
логического элемента DD3.2;
8 - импульсная последовательность на выводе 10
логического элемента DD3.3. (т.е. образуется прямая трехфазная
импульсная последовательность);
5, 7, 9 - инверсная трехфазная импульсная
последовательность, на выводах логических элементов DD4.1-DD4.3;
10, 12, 14 - задержанная (на длительность импульса
логического элемента DD5.3) прямая трехфазная импульсная
последовательность;
11, 13, 15 - задержанная инверсная трехфазная
импульсная последовательность;
16, 18, 20 - входные сигналы верхних ключей драйверов
DA1-DA3;
17, 19, 21 - входные сигналы нижних ключей драйверов
DA1-DA3;
Сигналы 6-21 показаны без высокочастотного заполнения.
Как правило, в преобразователях частоты для получения
широтно-импульсной модуляции используются
микропроцессоры. Мне хотелось решить эту задачу аппаратным способом.
Силовая часть инвертора особенностей не имеет, но
желательно использовать устройство для «плавного» пуска [1].
Литература
1. Калашник В. Устройство для «плавного» пуска нагрузки
в электросети // Электрик. - 2011. - №4. - С.82-83.
http://electrician.com.ua
Подписной индекс по каталогу «Роспечать»: 22090
Журнал «Электрик. Международный электротехнический журнал» —
специализированное деловое издание.
Публикуются актуальные материалы по таким разделам, как энергетика,
электроавтоматика, источники питания, осветительные приборы,
а также методические рекомендации, обзорные статьи
с комментариями ведущих специалистов отрасли.
Особое внимание уделяется освещению экономических новостей
в энергетике и электротехнике, а также практической электротехнике.

При конструировании регуляторов мощности переменного напряжения часто возникает
необходимость в стабилизации мощности на нагрузке. Такие устройства широко
применяются, например, для управления температурой трубчатых нагревательных элементов
(ТЭНов), галогенных ламп и т.п.
Регулируемый стабилизатор
с измерителем мощности
в нагрузке
Вячеслав Тушнов
Если для управления нагревателями, ввиду их
инерционности, могут использоваться регуляторы, работающие по
принципу пропуска определенного количества периодов, то для
осветительных ламп они практически не пригодны, так как при
их работе будет наблюдаться значительное мигание ламп.
Кроме того, такие регуляторы при коммутации больших мощностей
вызывают заметную пульсацию сетевого напряжения, что
может неблагоприятно сказываться на работе электроприборов.
Наиболее простым и эффективным решением в этом
случае может стать применение фазовых регуляторов
мощности. Для построения схемы фазового регулятора мощности, в
настоящее время, достаточно всего лишь одной микросхемы,
например, КР1182ПМ1 и еще нескольких деталей. Сложнее
здесь обстоит дело со стабилизацией мощности при
колебаниях сетевого напряжения. Дело в том, что форма
выходного напряжения в таких регуляторах может сильно
отличаться от синусоидальной, а для поддержания стабильной
мощности на нагрузке необходимо, чтобы среднеквадратичное
значение напряжения на выходе также оставалось
постоянным. Если не вдаваться в подробности принципа
построения преобразователей истинных среднеквадратичных
значений напряжений сложной формы в постоянное, доступное для
измерения обычными вольтметрами, то можно отметить,
что даже упрощенная схема подобного преобразователя на
основе логарифмических и антилогарифмических
усилителей содержала бы как минимум семь ОУ.
Тем не менее, на практике реализовать схему
преобразователя, обеспечивающего достаточно высокую точность,
можно всего лишь на нескольких ОУ. Стабилизация
мощности в предлагаемой схеме фазового регулятора
осуществлена на основе одного из таких преобразователей, подробное
описание принципа его работы можно найти в [1].
Очевидно, что в данном случае для эффективной работы схемы
стабилизации выходное напряжение должно быть установлено
ниже номинального сетевого на 5...10%. Так, например, при
установленном выходном напряжении 200 В изменение
входного от 215 до 276 В практически не скажется на выходном.
Если же напряжение в сети снизится до 210 В, выходное
(при установленном 200 В) уже уменьшится на 1...2 В, и
эффективность работы схемы стабилизации несколько
снизится. Однако на практике нагревательные элементы,
включаемые в качестве нагрузки таких регуляторов, редко
используются на максимальную мощность, поэтому диапазон
регулирования от 0 до 200 В вполне достаточен. Разумеется,
его можно расширить и до номинального сетевого
напряжения, но в этом случае при увеличении задаваемого
выходного напряжения свыше 200 В, эффективность стабилизации
будет снижаться (если, конечно, не принять дополнительных
мер по увеличению питающего напряжения, например, с
помощью повышающего трансформатора).
Работа устройства
Принцип работы регулируемого стабилизатора
мощности, схема которого показана на рис.1, следующий:
контролируемое напряжение через контакт 5 разъема XS1
поступает на резистивный делитель R3R4, уменьшающий его уровень
до значений, необходимых для согласования с входами
4-канального ОУ DA1 типа К1401УД2А. Далее этот сигнал
поступает на инвертирующий вход ОУ DA1.1 (выв. 9). Данный
узел посредством элементов VD1, R6, VD2, R7, включенных
в цепь отрицательной обратной связи ОУ DA1.1, выполняет
функцию двухполупериодного выпрямителя, служащего для
выделения абсолютной величины напряжения. Отсюда
инверсный сигнал (для отрицательной полуволны) через
резистор R9 поступает на инвертирующий вход ОУ DA1.2 (выв.
13), где суммируется с прямым сигналом, поступающим
через резистор R8 с входного резистивного делителя R3R4.
Среднеквадратичный преобразователь выполнен на ОУ
DA1.2-DA1.3. Так как в данном случае параметры ОУ
допустимо принять близкими к идеальным, а также если считать
обратные токи диодов пренебрежимо малыми, а постоянную
времени цепи R12C5 значительно больше времени измере-

ния, то постоянное напряжение на выходе
преобразователя можно считать в точности
соответствующему среднеквадратичному значению входного
напряжения, с коэффициентом масштаба,
определяемом соотношением резисторов R12, R9.
С выхода ОУ DA1.3 (выв. 1) преобразованное
напряжение поступает на неинвертирующий вход ОУ
DA1.4, включенного компаратором. Этот ОУ
выполняет функцию сравнения измеренного напряжения
с опорным напряжением, подаваемым через
переменный резистор R10 на его инвертирующий вход
(выв. 6) DA1.4 с 14 контакта разъема XS1.
Для измерения среднеквадратичного значения
напряжения, а значит, и реальной мощности на
нагрузке в устройстве используется цифровой
вольтметр на микросхеме DD2 типа ICL7107. Через ре-
зистивный делитель R15R16 измеряемое
напряжение с выхода преобразователя поступает на
измерительный вход этой микросхемы, а также на 12
контакт разъема XS1, к которому может подключаться
внешний вольтметр.
Подстроечный резистор R10 служит для
установки требуемого диапазона регулирования мощности
в нагрузке при подаче управляющего напряжения
0...5 В, например, с внешнего блока управления
или же с переменного резистора, включенного
между +5 В питания и общим проводом. Конденсатор
С4 сглаживает мелкие пульсации по входу
управления. С выхода компаратора DA1.4 напряжение
поступает на светодиод оптрона U1, управляющего
микросхемой фазового регулятора мощности DD1
КР1182ПМ1. Согласно паспортным данным она
может работать в диапазоне питающих напряжений от
80 до 276 В. Выходной сигнал с микросхемы DD1
через токоограничительный резистор R1 поступает
на 3 контакт разъема XS1, к которому
подключается управляющий электрод дополнительного симис-
торного ключа VS1, позволяющего увеличить
значение максимального тока в нагрузке до 25 А.
Регулятор на тиристорах
На рис.2 показан вариант подключения к
микросхеме двух тиристоров Т-142-63, обеспечивающих
максимальный выходной ток до 126 А. Элементы R2,
СЗ включены в управляющую цепь DD1 для
обеспечения плавности увеличения мощности на
нагрузке при включении питания, а также для устранения
влияния на работу схемы стабилизации мелких
скачков напряжения и помех.
Повысить точность работы преобразователя
среднеквадратичного (эффективного) значения
переменного напряжения в постоянное можно с помощью
согласования параметров диодов VD3-VD6 (рис.1).
Можно также порекомендовать установить вместо
них диодную сборку, например, КДС523В, либо, что
еще лучше, использовать в качестве диодов
транзисторы ИМС серии КР198НТхх в диодном включении.

Рис.2
Диод с характеристиками, наиболее близкими к идеальным,
получается из транзистора ИМС серии КР198НТхх при
соединении его базы и коллектора.
Детали
В устройстве использованы постоянные резисторы C2-23,
подстроечные R10, R16 СП5-2В, оксидные конденсаторы C1,
С2, C4, С5 - К50-35 или импортные, C4 - керамический,
например, КМ-6. Вместо отечественной микросхемы ОУ
К1401УД2А можно использовать ее аналог LM324, учитывая
при этом, что эта микросхема имеет иное расположение
выводов и при установке на плату ее необходимо ключом
развернуть в противоположную сторону.
Правильно собранное устройство практически не
требует наладки, необходимо лишь подстроенным резистором R16
установить правильные показания цифрового вольтметра на
микросхеме DD2 при максимальном выходном напряжении.
Требуемый диапазон регулировки выходного напряжения
стабилизатора мощности задают подстроенным резистором R10.
Литература
1. Сухов Н. Среднеквадратичный милливольтметр // Радио. -
1981. - №11. - С.53-55.
2. Тушнов В. Регулируемый стабилизатор мощности //
Схемотехника. - 2003. - №3. - С.4-5.
http://electrician.com.ua
Подписной индекс по каталогу «Роспечать»: 22090
Журнал «Электрик. Международный электротехнический журнал» —
специализированное деловое издание.
Публикуются актуальные материалы по таким разделам, как энергетика,
электроавтоматика, источники питания, осветительные приборы,
а также методические рекомендации, обзорные статьи
с комментариями ведущих специалистов отрасли.
Особое внимание уделяется освещению экономических новостей
в энергетике и электротехнике, а также практической электротехнике.

В народном хозяйстве широко применяется оборудование с питанием от трехфазной
сети, требующее соблюдения порядка чередования фаз. Обычно это достигается
соответствующей коммутацией проводов.
Индикатор чередования фаз
Вячеслав Калашник
Однако часто в ходе ряда ремонтных
работ, когда используются
дополнительные питающие кабели или временные
распределительные щиты, при
переключениях нередко возникает нарушение
последовательности фаз, которое может вызвать
выход из строя оборудования.
Предлагаемый индикатор чередования фаз
позволяет быстро определить нарушение
чередования фаз, если оно есть.
Работа устройства
Схема индикатора показана на рис.1.
Работает индикатор следующим образом. Напряжения двух
любых фаз, которые должны следовать одна за другой (А и
В, В и С, С и А), через ограничительные резисторы R1-R4
поступают на стабилитроны VD1 и VD2 с напряжением
стабилизации 12 В. Таким образом, на этих стабилитронах
получаются импульсы положительного напряжения амплитудой
около 12 В. Эти импульсы напряжения через диоды VD3 и
VD4 заряжают конденсатор С1, который используется для
питания индикатора.
Через диоды VD5 и VD6 положительные импульсы
(ширина этих импульсов практически равна длительности
полупериода напряжения сети) поступают:
• от фазы А на информационный вход D;
• от фазы В на тактовый вход С триггера DD1.
Сигнал с информационного входа триггера передается на
выход триггера по фронту тактового импульса. Учитывая сдвиг
фаз на 120°, это приведет к тому, что в случае
правильного чередования фаз на прямом выходе триггера DD1 будет
присутствовать высокий уровень, а на инверсном выходе -
низкий уровень. Эти уровни напряжения после инверсии
логическими элементами DD2 заставляют светиться зеленый
светодиод VD8.
В случае неправильного чередования фаз, на прямом
выходе триггера DD1 присутствует низкий уровень, а на
инверсном - высокий уровень, что приведет к свечению красного
светодиода VD7.
Диаграммы, поясняющие работу устройства, показаны на рис.2.
Объединение логических элементов DD2 попарно (DD2.1
и DD2.2, DD2.3 и DD2.4) необходимо для увеличения вы-
Рис.2
ходного тока, что позволяет светодиодам VD7, VD8 ярко
светиться.
Неиспользуемые в схемы входы ИМС DD1 и DD2 надо
подключить к общему проводу устройства.
Печатная плата имеет размеры 64x52 мм. Ее разводку
можно запросить в редакции по e-mail: electrik@sea.com.ua.

Качество наших электросетей, мягко говоря, оставляет желать лучшего. Поэтому
электрики-практики постоянно ищут способы защиты бытовой техники.
Блок защиты маломощной
сетевой аппаратуры
Владимир Шишкин
На страницах журнала «Электрик» неоднократно
публиковались схемы защитных устройств. Предлагаю еще один
вариант простого блока защиты, выполненного в виде
удлинителя с кнопочным управлением. Основное отличие от подобных
устройств [1] заключается в наличие лишь одного общего
источника питания для измерительной и исполнительной частей
схемы. Измерительный каскад, выполненный на транзисторах
VT1-VT3, следит за напряжением на нагрузке выпрямителя
R5, HL1, U1, которое зависит от напряжения сети.
Транзисторы VT1-VT3 работают в микротоковом
режиме и потребляют малую мощность.
В отличие от других защитных устройств, применение
оптосимистора MOC3063 с током включения 5 мА
упростило управление симистором и позволило уменьшить емкость
конденсатора С1. Также изменено подключение кнопки «Пуск»,
через нее проходит только ток питания схемы управления.
Благодаря всему этому повысилась экономичность и
уменьшились габариты устройства. Быстродействие конструкции не
измерялось, но при имитации обрыва нулевого провода
(подача на устройство напряжения 220 В и затем его резкое
повышение до 380 В) лампа накаливания, включенная в
качестве нагрузки, не перегорала.
В авторском варианте максимальный порог
срабатывания 260 В, минимальный - 170 В. Верхний уровень
выбран из-за местных условий - в ночные
часы напряжение может доходить до 255 В.
Работает устройство следующим образом:
после нажатия кнопки «Пуск» напряжение
через R2, C1, диодный мост поступает на
схему. Оптрон U1 включает симистор, и
нагрузка подключается к сети.
При отпускании кнопки схема остается во
включенном состоянии, так как получает
питающее напряжение через открытый
симистор VS1, пока сетевое напряжение
находится в допустимых пределах. Если напряжение
на движке резистора R8 превысит
установленный уровень, откроется транзистор VT1,
включенный в режиме микромощного
стабилитрона. При этом откроется тиристор VS2 и
зашунтирует питание оптрона U1, а симистор
обесточит нагрузку и защитное устройство.
Уменьшение напряжения на делителе R12R13 ниже
предельного, вызовет закрывание транзистора VT3. При этом
начнется зарядка конденсатора задержки C4, он
предназначен для предотвращения срабатывания при кратковременных
провалах напряжения и при включение устройства. Когда
напряжение на C4 достигнет порога открывания транзистора
VT2 он включит тиристор VS2, отключаются оптрон U1 и
симистор VS1.
Аналогично устройство работает и при нажатии кнопки
«Стоп». В этом случае тестируется работоспособность схемы.
Конструкция и детали
Большая часть деталей расположена на печатной плате
размерами 43x29 мм. Диодный мост КЦ407А смонтирован
вертикально - его выводы переменного напряжения
изогнуты на 90°, и к ним припаяны провода. Печатную плату
устройства можно запросить в редакции по e-mail:
electric@sea.com.ua.
Так как блок защиты предполагалось использовать с
небольшой нагрузкой (телевизор, DVD, тюнер СТВ), симистор
расположен на небольшом теплоотводе - алюминиевой
пластине 50x25 мм. При большей мощности соответственно
увеличить размеры теплоотвода. Устройство выполнено в
корпусе пятиместного удлинителя, три розетки
оставлено, а на месте двух расположено устройство.
Рис.1

Оптосимистор МОС3063 заменяется МОС3083. Можно
также попробовать применить МОС3062, МОС3082, но так
как ток управления у них больше, возможно потребуется
увеличить номинал С1 и С2.
На месте тиристора КУ112А хорошо работает MCR100.
Транзистор КТ315 с любым буквенным индексом,
должен обеспечивать напряжение стабилизации 7...8 В, а КТ3102Б
можно заменить КТ3102В.
Симистор любой подходящий по току и с допустимым
напряжением не ниже 600 В. Проверялась работа
устройства с ВТ134-600, ТС2-25.
В качестве кнопок SB1, SB2 используются
микропереключатели МП-1, МП-3 (вместо SB2 можно также применить
миниатюрную кнопку от электронной аппаратуры, например
ПКН-159).
Индикатор включения HL1 - любой яркий светодиод.
Диодный мост можно заменить DB104, DF04 или
аналогичными.
Конденсатор С1 типа К73-17, К78-2 с максимальным
напряжением не ниже 630 В.
Настройка
Перед настройкой движки резисторов R8 и R13 надо
установить в нижнее положение и подключить схему к сети
через автотрансформатор. Нажать кнопку «Пуск», при этом
должен загореться светодиод HL1, и надо замерить напряжение
на конденсаторе С2, оно зависит от разброса емкости С1 и
может быть в пределах от 12 до 16 В, при напряжении
сети 220 В.
Затем выставляем автотрансформатором входное
напряжение, равное максимальному порогу срабатывания
(260 В), и подстройкой R8 добиваемся выключения сими-
стора.
Устанавливаем с помощью автотрансформатора
минимальное входное напряжение срабатывания 170 В и
медленно вращаем R13 до отключения симистора.
Имевшийся в наличие автотрансформатор типа АРБ250
не повышал напряжение выше 230 В, поэтому, чтобы
получить большее напряжение, пришлось включить его наоборот:
сеть подключить к его выходу, а нагрузку - к входу. В
заключении еще раз проверяем стабильность отключения в
верхнем и нижнем уровнях и надежность работы симистора
в рабочем диапазоне.
Главный недостаток конструкции следующий: если
нажать кнопку «Пуск» при повышенном или пониженном
напряжении, то сначала произойдет включение нагрузки и
лишь потом отключение. Желательно, конечно, чтобы при
аварийном напряжении включение не происходило
вообще. Но этот недостаток свойственен практически всем
подобным устройствам, описанным в литературе, в еще
большей степени. В известных устройствах напряжение будет
поступать на нагрузку все время, пока нажата кнопка «Пуск»,
так как она включена параллельно контактам
исполнительного реле.
Литература
1. Шрайбер А. Устройство защиты от перепадов
напряжения в электросети // Радио. - 2001. - №2. - С.46.
http://electrician.com.ua
Подписной индекс по каталогу «Роспечать»: 22090
Журнал «Электрик. Международный электротехнический журнал» —
специализированное деловое издание.
Публикуются актуальные материалы по таким разделам, как энергетика,
электроавтоматика, источники питания, осветительные приборы,
а также методические рекомендации, обзорные статьи
с комментариями ведущих специалистов отрасли.
Особое внимание уделяется освещению экономических новостей
в энергетике и электротехнике, а также практической электротехнике.

Проблема автоматического включения освещения ночью не является новой. В настоящее
время широкое распространение получили различные светильники с применением
солнечных батарей, которые днем заряжают аккумуляторы, а ночью автоматически
включают встроенные в них осветительные светодиоды.
DC/DC-преобразователь
для светильников с солнечными
батареями
Подготовил Петр Бобонич
Такие светильники удобны для применения в садовых
участках, на даче, освещения номеров на домах и т.д. В статье
представлено описание микросхемы PR4403,
предназначенной для работы в таких светильниках.
Фирма Prema Semoconductor
(ФРГ) производит
DC/DC-преобразователь PR4403 для белых
светодиодов, предназначенный
для работы всего от одной
батареи или аккумулятора с
напряжением более 0,9 В, заряжае- рис 1
мом от солнечной батареи с
выходным напряжение до 2,4 В [1]. КПД DC/DC-преобразова-
теля на микросхеме PR4403 составляет 80%.
Интегральная микросхема выполнена в корпусе SOT-8
(рис.1). Структурная схема DC/DC-преобразователя на этой
ИМС показана на рис.2.
На рис.3 показана схема простого преобразователя на
микросхеме PR4403, к которой кроме белого светодиода HL1
и солнечной батареи SM подсоединены лишь диод D1 и
индуктивность L1. D1 - диод Шотки типа 1 N4148. Его можно
заменить диодом типа 1 N5819.
Напряжение от 0,9 В до 1, 2 (при использовании
аккумуляторов типа Ni-Cd или Ni-MH) подается на вход Vjn
микросхемы PR4403. Это напряжение позволяет управлять током
белых светодиодов порядка 40 мА.
В зависимости от напряжения на входе LS
(подключенному к солнечной батарее) микросхема PR4403 или
производит зарядку аккумулятора ВТ1, или преобразует
напряжение аккумулятора в напряжение, достаточное для свечения
светодиода.
Днем, при ярком освещении, микросхема не включается
в режим DC/DC-преобразователя, и напряжение солнечной
батареи SM используется для зарядки аккумулятора ВТ1. В
ночное время, при уменьшении освещенности солнечной ба-
Рис.2
Рис.3

тареи SM, микросхема подключает аккумулятор ВТ1 для
питания светодиода HL1.
Разряд аккумулятора ограничен величиной напряжения
0,85 В, чтобы избежать его глубокого разряда. При этом
напряжении микросхема переключается из режима DC/DC-npe-
образователя в ждущий режим, пока напряжение на
аккумуляторе не превысит 0,9 В.
Таблица 1
Значение индуктивности, мкГн
47
32
26,7
14,7
10
6,8
4,7
Средний ток светодиода, мА
6,5
8,3
10,8
14
22
32
40
Выбор номинала индуктивности L1 зависит от тока
светодиода HL1. В табл.1 представлены значения
индуктивности L1 в зависимости от среднего тока через светодиод
HL1.
Таблица 2
батареи. В этом случае выбор резистора RLs необходимо
производить из условия:
где
Vref - напряжение, выбранное из раздела
«электрические характеристики» [5];
Vqn - порог срабатывания
микросхемы PR4403;
R|_S - внешний резистор,
подключаемый к входу LS микросхемы.
Резисторы R1 и R2, в соответствие с описанием ИМС,
равны 30 кОм и 400 кОм соответственно, Vref=0,2 В.
Для примера, при выборе порога срабатывания в 1 В
Аккумулятор
Время свечения светодиода
при LI = 14,7 мкГн
и токе Leo ■ 15 мА, час.
Время свечения светодиода
при LI = 10 мкГн
и токе Iled ■ 23 мА, час
АА (Mignon, LR6/AM-3)
40
27
AAA (Mignon, LR03/AM-4)
16
8
В табл.1 приведены данные при использовании индук-
тивностей фирмы Murata типа LQH32CN номиналом от 10 до
22 мкГн и одного белого светодиода для HL1, а для
номиналов 4,7 и 6,8 мкГн при использовании двух светодиодов,
соединенных параллельно.
(при таком напряжении солнечная батарея уже не сможет
заряжать аккумулятор) значение резистора R|_$ равно:
RLS = (1 В* 400 кОм / 0,2 В) -
(30 кОм + 400 кОм) = 1,57 МОм.
Рис.4
Рис.5
Для выходного тока выше 20 мА рекомендуется
устанавливать между выводами Vin и GND ИМС блокировочный
конденсатор номиналом 470...1000 мкФ.
Таблица 3
Порог напряжения Von, В
1,9
1
0,72
0,4
Значение резистора Rls, МОм
3,3
1,5
1
0,39
Время свечения светодиода HL1 зависит от типа
применяемых аккумуляторов. В табл.2 приведено примерное
время работы светодиодов в зависимости от типа батарей и
значения L1.
Преимущество использования микросхемы PR4403
заключается в том, что нет необходимости следить за
включением освещения объектов, предназначенных для работы в
ночное время, например, на дачных участках.
На рис.4 показана схема, позволяющая настраивать
порог срабатывания ИМС при изменении освещения солнечной
Для удобства значения RL5 в зависимости от порога Vqn
срабатывания микросхемы PR4403 приведены в табл.3.
На рис.5 показана схема питания трех и более белых
светодиодов. Однако их суммарный ток не
может быть больше, чем общий ток для
одного белого светодиода. Выбор тока питания
таких светодиодов необходимо осуществлять
с учетом значения индуктивности L1,
например, по табл.1.
Светильник с данной ИМС можно использовать для
подсветки улиц в сельских или городских местностях. Во-первых,
после установки светильника его эксплуатация не требует
присутствия дополнительного персонала для обслуживания, а
во-вторых, дает возможность экономить электроэнергию и,
следовательно, экономить бюджет города или села.
Литература
1. 0,9 V Boost Driver PR4403. - www.prema.com/pdf/pr4403.

В настоящее время для очистки питьевой воды довольно популярны компактные бытовые
«угольные» фильтры, например, «Барьер», «Аквафор». Такие фильтры требуют периодической
замены сменной фильтрующей кассеты (картриджа). Использованную кассету необязательно
выбрасывать целиком, ее относительно прочный пластмассовый корпус можно
использовать в качестве корпуса для электронных конструкций.
Сетевой фильтр
из картриджа фильтра для воды
Андрей Бутов
Устройство представляет собой LC-фильтр-удлинитель
220 В / 50 Гц со светодиодным индикатором тока,
рассчитано на максимальный ток нагрузки 10 А. Принципиальная
схема устройства показана на рис.1. Напряжение сети
поступает на нагрузку через двухобмоточный дроссель L1,
плавкий предохранитель FU1, дроссель L2 и обмотку герконово-
го реле К1. Большую часть сетевых помех подавляет LC-
фильтр L2C1. Варистор RU1 подавляет короткие
высоковольтные сетевые помехи. Такой варистор
имеет классификационное напряжение
750 В, а значит, он не предназначен для
защиты нагрузок от появления в сети
напряжения 380 В. Это сделано для того,
чтобы предотвратить повреждение и
возгорание этого варистора. При переменном
токе через обмотку герконового реле более
2 А, контакты геркона К1.1 замыкаются,
конденсатор С4 заряжается от
выпрямителя VD1-VD4 до напряжения около 10
В. Транзистор VT1 открывается,
зажигаются светодиоды HL3, HL4 красного
цвета свечения, сигнализируя повышенный
ток нагрузки.
Узел индикации тока получает питание от
«конденсаторного» источника напряжения постоянного тока, собранного
на R1, С2, VD1-VD5, СЗ, HL1, HL2. Резистор R1 уменьшает
броски тока в момент включения устройства в сеть 220 В /
50 Гц.
Выпрямитель напряжения реализован на диодах VD1-VD4,
конденсатор СЗ сглаживает пульсации выпрямленного
напряжения. Зеленые светодиоды HL1, HL2 светятся при
включении устройства в сеть. Вместе со стабилитроном VD5 они
ограничивают рост напряжения на обкладках конденсатора
СЗ до 9...11 В. При замыкании контактов геркона К1
красные светодиоды HL3, HL4 зажигаются, а зеленые
светодиоды HL1, HL2 погасают. Применение пар светодиодов
улучшает визуальный обзор состояния устройства. После
короткого импульса тока величиной более 2 А, светодиоды HL3,
HL4 погасают плавно в течение 1...3 с, что позволяет легко
отслеживать такие моменты.
Конструкция и детали
Все детали конструкции размещены в круглом
пластмассовом корпусе размерами около 80x60 мм. Перед
разборкой картриджа водного фильтра его заполняют водой, лиш-
Рис.1

нюю воду сливают, после чего со стороны подачи воды
картридж вскрывают, например, с помощью иглы выжигателя
по дереву или электролобзиком. Содержимое кассеты
удаляют, корпус моют. Круглую крышку для закрытия корпуса
вырезают из полистирола толщиной 4...6 мм. На дно этой
кассеты клеем «Квинтол» приклеивают дроссель L2,
конденсаторы С1 и С2. Варистор RU1 и резистор R2 припаивают
к выводам конденсатора С1. Дроссель L1 представляет
собой ферритовый цилиндр с внутренним диаметром 5...10 мм
и длиной 28 мм, надетый на шнур питания устройства. Све-
тодиоды вклеены в отверстия на вырезанной передней
закрывающей крышке. Плавкий предохранитель FU1
установлен в держателе предохранителя ДВП-7, который прикручен
на «дне» корпуса картриджа. Такой держатель
предназначен для плавких предохранителей длиной 30 мм.
Предохранители длиной 20 мм использовать нежелательно по причи-
дросселя. При отсутствии такого магнитопровода можно
применить кольцо близких размеров из низкочастотного
феррита, индуктивность такого дросселя будет ниже. Герконовое
реле самодельное. На оправке диаметром 3,3 мм,
например, хвостовик сверла, наматывают 6 витков обмоточного
провода диаметром 1,3...1,6 мм. Внутрь катушки помешают
геркон КЭМ-2. Чем больше витков у такого реле, тем оно
будет более чувствительным, ток срабатывания также зависит
от конкретного экземпляра примененного геркона. Для
большего тока срабатывания количество витков катушки
уменьшают. При манипуляциях учитывайте, что стеклянный
корпус геркона очень хрупкий.
Внешний вид устройства в сборе и примененного
держателя предохранителя показаны на фото в начале статьи.
Сетевой шнур, идущий к корпусу фильтра, должен иметь
проводники с сечением по меди не менее 1,5 мм2. При покупке учиты-
Рис.2
не их возможного сильного разогрева. Остальные детали
смонтированы на круглой монтажной плате (рис.2). Для
подключения нагрузок применена стандартная электророзетка,
которая прикручена к передней крышке устройства (рис.3).
Резисторы можно применить типов МЛТ, РПМ, С2-23,
С2-33 или другие соответствующей мощности.
Конденсаторы С1, С2 - импортные пленочные на
рабочее напряжение переменного тока не ниже 250 В. Можно
применить полиэтилентерефталатные конденсаторы К73-17,
К73-24 на рабочее напряжение 630 В постоянного тока.
Конденсаторы СЗ, С4 - малогабаритные импортные аналоги К50-
68, К53-19.
Диоды КД521Б можно заменить любыми из серий КД521,
КД522, КД209, 1N4148, 1 N4001-1 N4007. Вместо
стабилитрона BZV55C-6V2 можно установить TZMC-6V2, КС162А, КС168А,
2С168А. Светодиоды RL34YG414S зеленого цвета свечения
диаметром 3 мм и АЛ307КМ красного цвета свечения
диаметром 5 мм можно заменить любыми аналогичными.
Транзистор КТ312А можно заменить любым из серий КТ312, КТ315,
КТ645, КТ3102, SS9014.
Дроссель L2 содержит 16 витков монтажного провода в
ПВХ изоляции, с сечением по меди 2,5 мм, намотанных на
кольце размерами 32x16x12 мм из ленточного стального
магнитопровода, кольцо заключено в пластмассовую обойму
(рис.4). Такие кольца применяются в электронных
счетчиках потребленной электроэнергии. Лента кольца не склеена,
ее пропитывают цапонлаком для предотвращения жужжания
Рис.3 Рис.4
вайте, что не всегда реальное сечение медной жилы
соответствует заверениям продавцов. Таким же монтажным проводом
в ПВХ изоляции выполнены сильноточные цепи внутри
корпуса фильтра. К клеммам электророзетки провода прижимаются
винтами, на которых обязательно установлены разрезные
шайбы. В настоящее время в продаже разрезные пружинные
шайбы в комплектации электророзеток почти никогда не
встречаются, что негативно влияет на безопасность их эксплуатации -
ослабленный со временем контакт при большом токе нагрузки
может привести к сильному разогреву и возгоранию.
Монтажную плату изолируют с двух сторон от электророзетки и
конденсаторов стеклотканью, асбестовой бумагой или толстой
невозгораемой слюдой. При длительном испытании фильтра током
нагрузки 10 А заметный нагрев корпуса устройства должен
отсутствовать. Чтобы на это время предотвратить перегорание
плавкого предохранителя, можно временно установить
аналогичный по размерам предохранитель на 15...20 А. Вместо
плавкого предохранителя на 10 А можно установить
малогабаритный термоэлектромагнитный предохранитель на ток 8... 10 А.
Литература
1. Бутов А.Л. Самодельный удлинитель сети -220 В //
Электрик. - 2009. - №10. - С.40-42.
2. Бутов А.Л. Удлинитель сети 220 В с сигнализацией //
Электрик. - 2010. - №9. - С.58-59.
3. Бутов А.Л. Сетевой удлинитель с вольтметром и
защитой // Электрик. - 2011. - №4. - С.78-79.

Недавно в продаже появился новый тип аккумуляторов - NiZn [1] фирмы PowerGenix.
Краткая информация об этом была опубликована в чешском журнале PE-AR [2].
Новый тип аккумуляторов - NiZn
Евгений Яковлев
Внешний вид аккумуляторов
NiZn показан на фото. При
типоразмере АА их емкость
составляет около 1,5 А*ч. Если типоразмер
аккумуляторов уменьшен до AAA,
то емкость, естественно,
несколько меньше - примерно 900 мА*ч.
Количество рабочих циклов
заряд/разряд превышает 100, а в
ряде случаев может доходить и до
300.
Характерно, что этот тип аккумуляторов не содержит
«тяжелых металлов», поэтому их «хаотичная» утилизация
(выбрасывание вместе с бытовым мусором) наносит меньший вред
окружающей среде, чем такая же «хаотичная» утилизация
других типов современных малогабаритных аккумуляторов.
Примечательно, что этот тип аккумуляторов способен
обеспечить несколько большее напряжение, чем
распространенные в настоящее время аккумуляторы других типов, -
1,6...1,7 В. Это позволяет использовать NiZn аккумуляторы
NiZn аккумуляторы по своим химическим свойствам
весьма близки к хорошо известным NiCd аккумуляторам. Это
объясняется свойствами их электролитов и применением, в
частности, никелевого электрода. Рабочее напряжение NiZn
аккумуляторов превышает NiCd более чем на 0,4 В.
Потребителей в первую очередь интересует вопрос
правильной эксплуатации нового типа аккумуляторов. Только при
соблюдении рекомендаций разработчика и производителя
аккумуляторов можно рассчитывать на длительный срок
эксплуатации аккумуляторов.
NiZn аккумуляторы рекомендовано заряжать способом
постоянного (стабильного) напряжения с ограничением
зарядного тока, как аккумуляторы Li-ion, Li-pol.
Максимальное напряжение, до которого можно зарядить
NiZn аккумулятор без ущерба для его «жизненного»
ресурса, составляет 1,9 В. Максимальный зарядный ток может
доходить до 1С, а иногда и до 2С, где С - это емкость
аккумулятора.
Очень важно, что NiZn аккумулятор категорически
запрещается разряжать до напряжения менее 1,2 В!
Несоблюдение этого условия приводит к выходу
аккумулятора из строя.
На рис.1 показан график зависимости напряжения NiZn
аккумулятора при разряде аккумулятора токами 0,2С и 0,5С.
Рис.1
непосредственно для питания устройств, которые были
рассчитаны на питание от гальванических элементов
напряжением 1,5 В, - малогабаритных радиоприемников, детских
электрифицированных игрушек, фотоаппаратов и т.д. Ведь
напряжение наиболее распространенных NI-MH аккумуляторов
составляет 1,2 В, и их использование вместо гальванических
элементов, например, в тех же фотоаппаратах приводит к
неполному разряду и снижению ресурса таких аккумуляторов.
К сожалению, стоимость этих аккумуляторов пока еще
достаточно высока, но со временем она, естественно,
значительно уменьшится.
Рис.2
На рис.2 показан процесс зарядки аккумулятора. На
рис.2,а - рост напряжения аккумулятора при заряде, на
рис.2,6 - изменение тока аккумулятора при его заряде.
Литература
1. http://www.conrad.de/ce/de/product/252000/.
2. // PE-AR. - 2011. - №11. - S.30.

В литературе можно найти множество зарядных устройств аккумуляторов типоразмеров
АА и AAA. Одни из них просты для изготовления, другие сложные или дорогостоящие и
требуют больших материальных затрат.
Простое зарядное устройство
для Ni-Cd аккумуляторов
Подготовил Петр Бобонич
Многие электрики-практики склонны изготовить простые,
но надежные для эксплуатации зарядные устройства (ЗУ). В
этой статье и описывается такое простое ЗУ.
В хорватском журнале [1] описано простое ЗУ для
зарядки NiCd аккумуляторов, изготовить которое не представит
большого труда.
Никель-кадмиевые аккумуляторы (устройство может
использоваться для зарядки также и NiMH аккумуляторов)
должны заряжаться постоянным током в течение 14... 16 часов.
Например, аккумулятор типоразмера АА емкостью 600 мА*ч
необходимо заряжать током 60 мА. Можно заряжать NiCd
аккумулятор и большим током, но в этом случае
сокращается срок его службы. Каждый аккумулятор должен
заряжаться до напряжения на нем 1,41 В.
Схема ЗУ (рис.1) обеспечивает постоянный ток в 10 мА
для аккумулятора напряжением 9 В (точнее, 8,4 В) и емкостью
100 мА*ч, или ток заряда 60 мА для аккумуляторов другого
типа. Можно установить и другие параметры устройства, вплоть
до зарядного тока 300 мА, изменив величину сопротивления
резистора R2, значение которого рассчитывается по формуле:
Рис.1
Это простое и эффективное ЗУ предназначено для
зарядки NiCd аккумуляторов с напряжением от 1,2 до 13,8 В
(рис.1). Оно не требует дорогих компонентов и может быть
изготовлено очень быстро. Устройство может быть
установлено в корпус любого сетевого адаптера. Вид
изготовленного устройства показан на рис.2.
где 1зар - ток заряда аккумулятора в мА.
Для тока заряда 10 мА сопротивление резистора R2
равно 120 Ом, а для 60 мА - 18 Ом. Для последнего случая
резистор R2 соединяется параллельно с резистором R3 с
помощью переключателя.
В устройстве используется адаптер с выходным
напряжением 12...16 В, с выходом с различными разъемами (рис.2).
Можно использовать или имеющийся в адаптере
трансформатор, диодный мост и конденсатор фильтра номиналом 470 мкФ
25 В, или установить их дополнительно.
Транзистор BD137 может быть заменен отечественными
транзисторами типа КТ961А-Б или КТ815Б-Г. Его
желательно установить на теплоотвод с площадью 50... 100 см2.
В качестве светодиода можно использовать светодиод
любого типа красного цвета свечения. Падение напряжения на
светодиоде LED в прямом направлении около 2 В. В
устройстве нельзя использовать светодиод с синим свечением,
поскольку падение напряжения на нем гораздо больше. Лучше
использовать светодиоды с диаметром не менее 5 мм.
Рис.2
Литература
1. Kudela V. Punjac Ni-Cd-akumulatora II Radio HRS. -
2007. - № 1. - C.14.

Для восстановления утраченной емкости аккумуляторов разных типов было разработано
зарядное устройство (ЗУ), которое по окончании процесса заряда самостоятельно
отключается, а также содержит в себе источник питания (ИП) с плавной регулировкой
выходного напряжения.
Зарядное устройство и блок
питания
Андрей Лесовой
В настоящее время в качестве элементов питания
широко используются малогабаритные аккумуляторы:
никель-кадмиевые (Ni-Cd) - отличаются большим
сроком службы;
никель-металлогидридные (Ni-MH) -
отличаются от Ni-Cd большей
удельной емкостью, однако имеют
меньший срок службы и повышенное
удельное сопротивление;
герметичные свинцово-кислотные (SLA) - могут
отдавать в нагрузку значительные токи, однако имеют
низкую удельную емкость;
литий-ионные (Li-Ion) - имеют наиболее высокую
удельную емкость среди других аккумуляторов, могут
отдавать большой ток в нагрузку, слабо подвержены
саморазрядке и допускают быструю зарядку.
Для зарядки таких аккумуляторов было разработано
устройство с такими техническими параметрами:
Диапазон регулируемого напряжения 1,3...30 В
Зарядный ток 350 мА
Индикация цифровая
Габаритные размеры платы 170x60 мм
Масса, не более 1 кг
На рис.1 показана принципиальная электрическая
схема ЗУ и ИП.
Данный прибор состоит из следующих функциональных узлов:
ЗУ;
регулируемый стабилизатор напряжения;
цифровой вольтметр.
Зарядное устройство
Интегральный стабилизатор напряжения DA1
обеспечивает подачу постоянного напряжения 6 В на вход ЗУ.
Сердцем описываемого функционального узла служит
микросхема DA2 LTC1541, выпускаемая фирмой Linear
Technologies. Более подробную информацию о ней можно
узнать, прочитав [1]. В своей структуре она содержит:
микромощный операционный усилитель, компаратор и
прецизионный источник образцового напряжения, постоянно
подключенный к инвертирующему входу компаратора. Таким образом,
операционный усилитель ИМС DA2 сравнивает
пропорциональное зарядному току падение напряжения на резисторе
R3 с частью образцового (которое составляет около 50 мВ),
снимаемого с делителя R2R4. Номинальное значение
резистора R3, которое указано на схеме, обеспечивает зарядный
ток в 350 мА.
Из-за того, что микросхема DA2 микромощная, то для
управления регулирующим транзистором VT1 используется
усилитель тока, который выполнен на транзисторе VT2. Уже
упомянутый транзистор VT1 работает в линейном режиме, и на
нем рассеивается мощность около 1 Вт, следовательно, для
повышения надежности и долговечности устройства его
нужно установить на радиатор. Содержащийся в ИМС DA2
компаратор производит сравнение части напряжения на
заряжаемом аккумуляторе, которое снимается с делителя R6R7R10,
с полным образцовым напряжением (около 1,2 В).
Номинальные сопротивления делителя подобраны таким образом, что
при достижении на заряжаемом аккумуляторе напряжения
в 4,1 В (для случая заряда герметичных свинцово-кислотных
аккумуляторов) или иной величины, при заряде
аккумуляторов другого типа, компаратор сработает и с помощью
упомянутого операционного усилителя закроет транзистор VT1.
Выход ЗУ - разъем XP2, к которому подсоединяются
аккумуляторные батареи для заряда.

Особенность данного устройства в том, что
подзаряжать аккумуляторные батареи можно прямо в работающей
аппаратуре.
Регулируемый стабилизатор напряжения
Используется отечественная ИМС - КРЕН12А (КРЕН12Б),
обеспечивающая выходное напряжение 1,3...30 В при
максимальном токе 1,5 А. У данной микросхемы есть и
зарубежный аналог - LM317. Входное напряжение не более 37 В.
Резистором R12 производится регулировка выходного
напряжения, которое подается на разъем ХРЗ.
Цифровой вольтметр
Основой вольтметра служит микроконтроллер DD1
ATmega8, работающий от внешнего кварцевого резонатора
ZQ1 4 МГц. Для его питания используется стабилизатор
напряжения +5 В, выполненный на ИМС DA3 типа КР142ЕН5А.
Семисегментные индикаторы HG1-HG4 с общим анодом
монтируются на плате устройства и служат для индикации
измеряемого напряжения. Десятичная точка может
высвечиваться либо после первого разряда индикатора, либо
после второго. Знакоместа выбираются с портов PDO, PD1,
PD2, PD3. Поскольку изначально выбирается импульсный
характер работы, то нет необходимости использовать
буферную микросхему.
Резисторы R14, R15, R16 и конденсатор С12 образуют
входной делитель измеряемого напряжения. С помощью
подстроенного резистора R15 подбирается коэффициент
деления 1:100. Это говорит о том, что при входном напряжении
30 В на аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
микроконтроллера DD1 будет поступать 0,3 В.
Разъем ХР4 предназначен для подключения к
микроконтроллеру DD1 программатора для внутрисхемного
программирования. В качестве программатора можно
посоветовать применить внутрисхемный программатор,
подробно описанный в [2]. Для экономии времени можно
воспользоваться уже готовым блоком ВМ9009 из набора
«МАСТЕР КИТ».
Рис.1

Конструкция и детали
Описанное функциональное устройство можно выполнить
на макетной плате, либо на плате из двухстороннего фоль-
гированного стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм,
размерами 170x60 мм.
В устройстве применены постоянные резисторы С2-23,
МЛТ. Подстроенный резистор R15 типа СПЗ-19А1.
Переменный резистор R12 типа СПЗ-331.
Конденсаторы С2, С6, С12, С13, С4, С7, С8, С5, С14,
С15 - керамические, типа КМ-4-КМ-6. С1, СЗ, С9, СЮ, С11 -
оксидные, типа К50-35.
Диод VD1 типа КД522А-Б, либо аналогичный.
Светодиод HL1 типа АЛ307В или любой из серии АЛ307,
либо импортный аналог.
Разъемы ХР1, ХР2, ХРЗ - типа 2XR. Разъем для
внутрисхемного программирования ХР4 - ВН-10-1.
Вместо транзистора VT1 КТ814 подойдет КТ816, КТ818.
Транзистор VT2 типа КТ3107 или КТ3108, КТ3129.
При отсутствии DA4 LM317 его можно заменить
отечественным аналогом КРЕН12 с любым буквенным
индексом, однако стоит помнить, что если у микросхемы корпус
не TO-220, то необходимо уточнить цоколевку ее выводов.
В качестве семисегментных индикаторов HG1-HG4
возможно также использование SA04-12 EVA, SC04-11, SC05-
11 и другие с общим анодом. Трансформатор Т1
выполняется на магнитопроводе ШЛ 16x25. Сетевая обмотка (1)
содержит 1710 витков провода ПЭВ-1 - 0,23, обмотки 2 и 3 (на
12 В) содержат по 125 витка провода ПЭВ-1 - 0,41,
обмотка 4 (на 30 В) имеет 180 витков провода ПЭВ-1 - 0,3.
Для микросхемы DA1 необходимо применить радиатор
площадью не менее 50 см2, к которому он крепится на
фланец болтовым соединением. Перед креплением радиатора с
фланцем на DA1 необходимо нанести термопасту КПТ-8,
Т12 либо аналогичную.
Следует помнить, что при монтаже стабилизатора DA1,
теплоотвод, установленный на нем, будет иметь
электрическую связь со средним выводом микросхемы.
Прошивку микроконтроллера и разводку печатных плат
можно запросить в редакции журнала по e-mail:
electrik@sea.com.ua.
Литература
1. http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/70756/LIN-
ER/LTC1541.html
2. Галкин С. Внутрисхемный программатор
микроконтроллеров AVR (LPT-адаптер) // Радиоаматор. - 2007. -
№10. - С.18-19.
В том случае, если электронные устройства питаются от гальванических источников
тока, например батарей, то всегда крайне желательно иметь информацию о степени их
заряженности. Это позволит оперативно судить о возможности их дальнейшего
использования.
Схема контроля заряда батареи
Евгений Яковлев
Даже простейший индикатор напряжения батареи под
нагрузкой может оказать неоценимую услугу. В последние
годы широко используются схемы контроля напряжения
химических источников питания, где в качестве индикатора
используется один или несколько светодиодов. При этом
редкое мигание зеленого светодиода контрольного устройства
свидетельствует о том, что напряжение на батарее в норме,
а мигание красного светодиода свидетельствует о разряде
батареи ниже допустимого напряжения.
Одна из таких схем, предназначенная для контроля
батареи с напряжением 9 В, была опубликована в чешском
журнале PE-AR [1]. Первоначально она вызвала интерес
простотой схемы и доступностью своих радиокомпонентов, но
при ее повторении оказалось, что ряд номиналов требует
корректировки.
В отличие от многих простейших схем контроля
напряжения источника питания схема рис.1 обладает достаточно
высокой стабильностью работы. Во многом этому
способствовало использование интегрального таймера серии 7555. Это
КМОП-аналог импортного таймера 555 или отечественного
КР1006ВИ1. Использование этой микросхемы, по мнению
автора публикации [1], позволяет предельно уменьшить
потребление тока схемой контроля, что особенно важно для
устройств, питаемых от химических источников тока (батарей).
Микросхема IC1 в схеме рис.1 включена как
мультивибратор. Заряд конденсатора С1 происходит через резистор

R1 и диод D1. Разряд этого конденсатора происходит через
резистор R2 и открытый разрядный транзистор микросхемы
IC1 через вывод 7.
Различие номиналов резисторов R1 и R2 в десять раз
обеспечивает большую скважность выходных импульсов
таймера IC1, что энергетически очень целесообразно.
Схема была задумана ее автором так, чтобы при
уменьшении напряжения контролируемой батареи ниже
определенного предела потребитель получал информацию об этом.
Для этого вывод 4 IC1 питается падением напряжения на
резисторе R4. В свою очередь, этот резистор подключен к
контролируемому источнику напряжения (батарее) через
стабилитрон D3. Напряжение стабилизации стабилитрона D5
для этой схемы (при работе с батареей, имеющей
номинальное напряжение 9 В) определено автором статьи [1] как
5,6 В. Таким образом, минимально допустимое
напряжение на батарее задано 5,8 В.
Если напряжение на батарее в норме, то изредка (при
формировании на выходе ИМС IC1 короткого
положительного импульса) будет вспыхивать оба светодиода G и R
светодиодной сборки D4, и сборка будет светиться желтым
цветом. По мере понижения напряжения на батарее до
примерно 7 В тиристор VD1 перестанет отпираться, и будет
вспыхивать только красный светодиод сборки D3. Это
свидетельствует о том, что батарею надо ставить на зарядку.
Когда напряжение на батарее станет ниже 5,9 В, светодиоды
перестанут вспыхивать - батарея полностью разряжена.
Для «разрешения» работы таймера IC1 в режиме
мультивибратора необходимо, чтобы напряжение на выводе 4 этой
микросхемы превышало примерно 0,6 В. При меньших
напряжениях работа таймера блокируется, и на выходе (вывод 3)
присутствует нулевой (низкий) потенциал.
Как это часто бывает, при повторении схем не всегда
удается приобрести рекомендуемые радиокомпоненты. Так,
вместо стабилитрона D3 типа BZX83V005,6 (5,6 В, 0,5 Вт)
был применен импортный стабилитрон с маркировкой РН С
5V6 (5,6 В, 1 Вт). При этом оказалось, что номинал
резистора R4 пришлось уменьшать с 330 кОм до 33 кОм. Только
при значении R4 менее 47...56 кОм обеспечивалась работа
схемы в этом режиме.
Во время заряда батареи с подключенным к ней
контрольным устройством, при напряжении контролируемой
батареи больше примерно 5,8...5,9 В зажигается и начинает
мигать красный светодиод R матрицы D4.
В исходной схеме [1] последовательно с красным
кристаллом матрицы D4 включался дополнительный светодиод
красного цвета свечения D5. На этом светодиоде при его
свечении происходит падение напряжения около 1,25...1,3 В.
Однако для визуальной индикации работы схемы вполне
достаточно двухцветной светодиодной матрицы D4, поэтому
вместо «красного единичного» светодиода D5 были
использованы два маломощных диода D5 и D6 типа 1 N4148.
Резистивный делитель напряжения R5R6 определяет
порог включения маломощного тиристора VD1 типа MCR100-8
(рис.1). Конечно, общеизвестно, что тиристоры имеют
достаточно большой разброс тока управления, при котором они
включаются. В данной схеме этот порог задается, в
частности, соотношением резисторов R5 и R6 при конкретном
выходном напряжении таймера. Для того чтобы зажигался
зеленый светодиод G светодиодной сборки D4, при
рекомендованном в статье [1] напряжении 7 В и использованном в
схеме экземпляре тиристора типа MCR100-8, пришлось
уменьшить номинал резистора R5 до 22 кОм, при номинале R6
22 кОм.
Рис.1
Внешний вид описываемого устройства показан на фото.
Для того чтобы это устройство могло работать с
аккумуляторами, имеющими другое номинальное напряжение (в
пределах от 6 до 18 В), необходимо установить стабилитрон D3
с напряжением стабилизации равным минимально
допустимому напряжению на данной батарее. Затем необходимо
будет произвести подбор номиналов резисторов R5 и R6 для
настройки порога включения тиристора VD1 при том
напряжении, при котором данную батарею уже надо ставить на
зарядку.
Литература
1. Obvod kontroly 9 V baterie II PE-AR. - 2011. - №3. -
S.39-40.

Нет сомнения, что USB-порты останутся основными портами персональных ЭВМ еще
долго время. Их универсальность подчеркнута и в их названии (Universal Serial Bus -
«универсальная последовательная шина»).
USB-инжекторы для ПК
Владимир Рентюк
Кроме хороших скоростных характеристик USB-порты, в
отличие от остальных портов персональных ЭВМ, позволяют
осуществлять питание, подключенных к ним устройств. Но
именно здесь эта универсальная шина имеет досадное
ограничение. Так, наиболее популярные USB 2.0 позволяют
подключать периферийные устройства с потребляемым током не
более 500 мА, и только USB 3.0 - до 900 мА. Выход из
положения - это внешнее умощнение портов. Такие
устройства необходимы в целом ряде случаев, например, для
питания внешних накопителей на жестких дисках (HDD). Их ток
потребления лежит в пределах от 0,8 А до 1,2 А (а при
пуске - еще больше), о чем продавцы часто умалчивают и от
стандартного порта USB 2.0 они не работают.
Поэтому для своего функционирования они требуют
подключения одновременно к двум портам (один полный -
информационный + питание, второй - только питание), что
уменьшает количество свободных USB-портов устройства (а их и
так не хватает, особенно в ноутбуках). Часто это хорошо
только в теории, так как в ряде случаев такое включение просто
не работает, и персональный компьютер «зависает» [1].
Скорее всего, это происходит из-за невозможности
одновременного подключения обоих разъемов и приводит к сбою
первого из подключаемых портов. Более мощное питание от USB-
портов требуется и для внешних устройств управления в
автоматике и робототехнике при использовании одноплатных
компьютеров. Как следствие, эта тема очень популярна.
Самый простой вариант USB-инжектора, наиболее часто
встречающийся в разных модификациях, показан на рис.1 [1].
В приведенной схеме учтены несколько важных моментов.
Во-первых, предусмотрена универсальная подача
внешнего питания (допустима подача напряжение как
постоянного, так и переменного тока), обеспечивающая и защиту от
подключения внешнего источника питания в неправильной
полярности (диодный мост D1-D4).
Во-вторых, имеется защита встроенного стабилизатора от
разряда емкостей, имеющихся в цепях питания внешнего
устройства (диод D5).
Рис.1

В-третьих, имеется принудительное отключение питания
при выключении компьютера (ключ на Q2), он управляется
по напряжению от основного USB-порта через транзистор
Q1. Для удобства пользования имеется и индикатор
включения инжектора (LED1).
Теперь посмотрим на схему критически. Во-первых, в
схеме нет ограничения по выходному току, он ограничен
только внутренней защитой примененного
стабилизатора, которая для входного
напряжения при указанном входном
напряжении равна 2,2 А. При
использовании внешнего источника питания
переменного тока на 9 В
(понижающий трансформатор) после
выпрямителя с емкостным фильтром, напряже-
рис>2 ние получается не менее 10 В, а
может быть и более. Что мы имеем в
этом случае? Даже при падении напряжения на
стабилизаторе в 5 В, рассеиваемая на нем мощность при токе 1 А
будет уже 5 Вт, а потребление внешнего HDD - 1,2 А, как
минимум. Это значительно превышает предельно допустимое,
для этого типа ИМС, поэтому нужен радиатор (в
конструкции [1] он отсутствует).
Из-за этого будет иметь место частое отключение
напряжения порта из-за срабатывания тепловой защиты ИМС. В
этом случае, подключенное к такому инжектору устройство
зависнет, потеряет несохраненные данные или, в самом
худшем случае, выйдет из строя. А это, как правило,
устройство дорогостоящее.
В схеме рис.1 мы имеем индикацию только активного
состояния порта (светодиод включен перед выходным
стабилизатором). В случае отказа стабилизатора (перегрузки по
току или короткого замыкания) индикатор будет показывать,
что все исправно.
Где же правильное решение? Разделим проблему на две:
решение для US В-инжекторов для настольных (стационарных)
персональных компьютеров и решение для ноутбуков.
USB-инжектор для стационарных ПК
Для настольных компьютеров и материнских плат, не
имеющих портов USB 3.0, а это очень большой парк устройств,
оптимальное решение следующее. Если внимательно
посмотреть на кабель от системного блока питания AT или АТХ, то
увидим, что на кабеле есть свободные разъемы
(распространенный вариант такого разъема показан на рис.2).
Они предназначены для подключения дополнительных
устройств, например дополнительного винчестера (HDD). Как
правило, не все эти разъемы используются. К разъему
подведены два питающих напряжения +12 В (желтый провод),
+5 В (красный провод) и два общих провода (черные
проводники). Если такого разъема нет или он занят, то любой
красный проводник блока питания ПК - это цепь +5 В, а
черный проводник - это общий (GND), что нам, собственно
говоря, и необходимо. Эта цепь имеет избыток по
нагрузочной способности. Например, для популярного блока
питания Chieftec CTG-550-80P выход +5 В рассчитан на ток
до 20 А. Таким образом, если взять от этой цепи даже 2,5 А,
то это ни к каким плачевным последствиям для самого
компьютера не приведет. В общей мощности даже у
самого маломощного системного блока питания (300 Вт) это
составит менее 5% (два усиленных до 1,4 А USB-порта) от
общей мощности.
На рис.3 показан вариант умощнения USB-портов,
который был предложен автором для управляющей ЭВМ на
базе EPIA-ML 6000ЕА Mini-ITX Mainboard (VIA Technologies
Incorporated). Эта плата имеет четыре USB-порта. Два
порта вынесены на переднюю панель платы и жестко
соединены с ней, а два других находятся на внутреннем
разъеме («USB 3/4»). Предложенный принцип может быть
использован с любыми другими материнскими платами. В
основу технического решения положено использование
недорогих микросхем MAX1562HESA+ [2] компании Maxim
(«+» означает соответствие требованиям Директивы RoHS).
Серия МАХ1562(3) - это малогабаритные USB-коммутато-
ры (корпус SO-8) с программируемым от 1 А до 4 А
ограничением по выходному току, автоматическим сбросом и
функцией гашения кратковременных ошибок. Последнее
позволяет избежать выдачи ложных сигналов о сбое, если
его длительность не превысила 20 мс. То есть она не
реагирует на кратковременные события, например,
вызванные «горячим» подключением емкостной нагрузки,
предотвращая появление сигналов ложной тревоги. ИМС име-

ют функцию автоматического перезапуска, которая
восстанавливает подачу питания после перегрузки или
короткого замыкания. Сигнал о сбоях в работе формируется на
выходе с открытым стоком (сигнала ошибки FAULT, ток до
10 мА), который выдает команду о перегреве, перегрузке,
пониженном напряжении (UVLO protection) или коротком
замыкании. Кроме того, ИМС этой серии имеют схему
тепловой защиты.
Ограничение тока задается одним внешним резистором
и обеспечивает защиту внешнего источника питания от
перегрузок и короткого замыкания. Расчет проводится по
формуле [2] (номинал резистора в омах, ток - в амперах):
lUM = 17120 / R3.
Номинал R3 должен быть в пределах между 4,22 кОм и
16 кОм. Для MAX1562HESA+ минимально значение R3 (R6)
5,76 кОм, что соответствует току 3 А. Ограничение
накладывается из-за максимально допустимой рассеиваемой
мощности. Предел ограничения по току необходимо
устанавливать на 20...30% выше, чем ожидаемый максимальный
рабочий ток нагрузки. Предел для тока короткого
замыкания устанавливается автоматически внутренними
цепями ИМС как 1,3 от установленной величины тока
ограничения. Для показанного на рис.3 устройства
ограничение тока установлено на уровне 1,4 А.
Индикатор HL1 будет светиться зеленым светом, если порт
работает в активном режиме и должным образом, а
красным - в случае аварии. Если порт не активен, то
светодиод не светится. Индикатор целесообразно
расположить рядом с разъемом порта. Преимущество
использования такого ограничения по току позволяет, в
отличие от обычных ключей, избежать неприятностей,
которые могут возникнуть в случае короткого
замыкания мощной цепи +5 В системного блока питания.
Выбранный тип ИМС имеет активно-высокий
логический уровень включения (определяется суффиксом
«Н»). Другими словами, USB-порт «включен», если на
контакте 1 разъема Х2 будет присутствовать
напряжение +5 В. Это и используется для активации
усиленного порта. Конденсатор С2 должен иметь номинал не
более чем 470 мкФ, так как конденсатор большей
емкости может привести к ошибке анализа состояния
порта, так как установленный ток может не успеть
зарядить его за 20 мс. Конденсаторы С1 и С2 требуются
согласно спецификации [2]. В дополнение к ним, для
устранения влияния высокочастотных помех,
установлен дополнительный керамический конденсатор СЗ.
Конденсаторы С1 и С2 должны быть установлены
максимально близко к ИМС D1. Цепочка R5C4 служит для
подавления помех, наводимых на оплетку кабеля, и
защищает устройство от действия статического
электричества в момент его подключения. Необходимо
обратить внимание на правильный выбор типа разъема Х1.
Я рекомендую для этого надежные разъемы типа Mini-
Fit, ТН или PWL. Тип разъема для усиленного USB-nop-
та выбирают исходя из конкретных задач.
USB-инжектор для ноутбука
Теперь вернемся к ноутбукам. Вряд ли стоит
рисковать, подключая что-либо к внутренним цепям питания
таких компьютеров. Поэтому единственное решение,
которое может быть предложено, - это использование
внешнего источника питания. Таким источником может
быть собственный блок питания ноутбука, если он
имеет избыточную мощность. Здесь необходимо быть
внимательным, так как блоки питания ноутбуков очень раз-
Рис.4 личаются по мощности. Они, в отличие от системных

блоков питания стационарных персональных ЭВМ, большого
запаса по мощности, как правило, не имеют. Например, блок
питания ADP-90CD DB EXA0904YH для обычного ноутбука
среднего класса ASUS K50IN 15,6" (потребляемая мощность
при полной загрузке до 60 Вт) имеет мощность 90 Вт, что
явно не очень избыточно. Тем не менее, если необходимо
увеличить ток всего лишь одного USB-порта и не более чем
до 1,2 А, то взять дополнительные 7...8 Вт от блока питания
ноутбука, если он имеет хотя бы 30% запаса по мощности,
можно. Почему 7...8 Вт, а не 6 Вт? Здесь необходимо
учитывать потери при преобразовании напряжения блока
питания в +5 В, необходимые для USB-порта.
Еще одна проблема - это аварийное отключение
сетевого питания. Ноутбук при этом перейдет на питание от
внутренней батареи, а вот внешний USB-инжектор будет
обесточен, со всеми вытекающими последствиями для
подключенного к нему оборудования. Можно использовать UPS, но это
часто экономически нецелесообразно, либо использовать
резервную батарею с собственным зарядным устройством.
Можно пойти на компромисс: сделать только лишь защиту от
кратковременных пропаданий сети. Как выход можно
использовать подключаемую, при необходимости, внешнюю
резервную батарею, например, NP-12-0,8 (необслуживаемый
герметичный аккумулятор 12 В на 0,8 Ач, производства YUASA) и
заряжать ее, при необходимости, от внешнего или
встроенного зарядного устройства. Оставим это на усмотрение
пользователя. В данной статье не ставилась задача раскрывать
схемотехнику резервных источников питания.
В целом решение по повышению мощности USB-порта
для ноутбуков заключается в использовании понижающего
DC/DC-преобразователя на +5 В с ограничением тока.
Вариант такой схемы показан на рис.4. Питание инжектора
осуществляется либо от штатного блока питания
компьютера с напряжением 19...24 В (Х1), либо (при отключении
питания в сети 220 В) от резервной батареи 13,6 В (Х2).
Питание на ноутбук подается от разъема ХЗ. Включение
инжектора осуществляется через ключ VT1, который плавно
открывается с небольшой задержкой (необходимо для
ограничения броска тока при заряде конденсатора СЗ).
Включение осуществляется при наличии выходного напряжения +5 В
основного USB-порта, которое подается на управляющий
ключ (транзистор VT2). Конденсатор СЗ большой емкости
обеспечивает защиту внешнего устройства, подключенного к
умощненному USB-порту (Х5), от кратковременного
пропадания напряжения в сети 220 В / 50 Гц в режиме
эксплуатации без резервной батареи. В сумме с выходными
конденсаторами блока питания это обеспечит стабильную
работу устройства в течение 2...3 с. Диод VD1 препятствует
разряду конденсатора по цепям питания компьютера. Диод VD2
обеспечивает переключение инжектора на питание от
резервной батареи. Понижающий преобразователь выполнен
на ИМС LM2675M-5.0 (КПД = 90%) [3]. Ее рабочий
выходной ток равен 1 А (максимальный 1,4 А). При этом ток,
потребляемый инжектором от блока питания с напряжением
19 В в рабочем режиме, не превысит 300 мА. Схема
преобразователя рассчитана таким образом, что он
обеспечивает устойчивую работу инжектора в диапазоне входных
напряжений от 24 до 10 В. Реально преобразователь
работоспособен при входном напряжении до 8 В, но это
вызовет глубокий разряд батареи, что недопустимо. Поэтому
резервная батарея должна иметь собственный индикатор
напряжения. Состояние умощненного порта показывает
двухцветный светодиод HL1. Отсутствие свечения указывает на
то, что USB-порт не активен, зеленый цвет означает
нормальную работу устройства, красный - аварию (перегрузка,
короткое замыкание). Резистор R4 опционный, позволяет
произвести точную настройку выходного напряжения
преобразователя.
Детали
Диоды VD1, VD3 - это диоды Шотки с током не менее 3 А
(VD3 с обратным напряжением не ниже 40 В), VD2 - любой
диод на ток не менее 3 А.
Конденсаторы С1, С2, С5 - керамические типоразмера
0805. Конденсатор С4 - танталовый, его емкость лучше
увеличить, включив два конденсатора номиналом 33 мкФ
параллельно. Конденсатор СЗ - два конденсатора типа К50-29
или импортные.
Дроссель L1 - это дроссель с индуктивностью 68...100 мкГ
с рабочим током не менее 1,7 А (можно SMD).
Все резисторы типоразмера 0805.
Транзисторы n-p-n VT2, VT3 могут быть любого типа, а
транзистор VT2 с икэ макс - не менее 40 В. Вместо VT1
могут быть использованы и более мощные р-канальные
транзисторы с напряжением сток-исток не ниже 30 В.
Особенности компоновки ИМС D1 на печатной плате детально
описаны в [3]. В схеме можно использовать и иные ИМС
понижающих DC/DC-преобразователей, например ADP1111 (Analog
Devices Inc.), но с соответствующей корректировкой по
сопряжению.
Для улучшения характеристик устройства, показанного на
рис.4, можно использовать ИМС MAX1562HESA+,
включенную по схеме, показанной на рис.3. В этом случае
элементы R5, R7, R8, VT3, R6, HL1 исключают. ИМС MAX1562HESA+
подключают параллельно конденсатору С4 (рис.4)
преобразователя.
Примечание:
В стандартных USB-кабелях принята следующая
маркировка проводников:
1 контакт - красный (питание +5 В);
2 контакт - белый (-DATA);
3 контакт - зеленый (+DATA);
4 контакт - черный (общий, GND);
5 контакт - экран (Shield).
Ссылки:
1. Jim Rowe, USB Power Injector, Silicon Chip 18 October
2004. - http://www.siliconchip.com.au/cms/A_102685/arti-
cle.html.
2. MAX1562, MAX1562H, MAX1563 Programmable, 4A, USB,
Current-Limited Switches with Autoreset and Fault
Blanking. - http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX1562-
MAX1563.pdf.
3. LM2675 SIMPLE SWITCHER Power Converter High
Efficiency 1A Step-Down Voltage Regulator. -
http://www.national.com/ds/LM/LM2675.pdf.

Для оценочного контроля тока, потребляемого каким-либо устройством, подключенным
к лабораторному блоку питания, можно изготовить несложный светодиодный индикатор
потребляемого постоянного тока.
Светодиодный индикатор тока
Андрей Бутов
Такой индикатор можно встроить в лабораторный блок
питания с линейным стабилизатором напряжения, с
групповой стабилизацией выходных напряжений в импульсном
блоке питания, а также в блоки питания без стабилизации
выходных напряжений.
Принципиальная схема устройства показана на рис.1.
Индикатор рассчитан на отображение трех контрольных
величин потребляемого тока: больше 0,5 А, больше 1 А, больше
1,5 А. Индикация осуществляется тремя светодиодами.
Устройство подключается к блоку питания по трехпроводной
схеме в разрыв цепи плюсового провода до узлов
стабилизации выходного напряжения. Когда ток в цепи меньше 0,5 А,
напряжение эмиттер-база маломощного германиевого
транзистора VT1 меньше порогового напряжения открывания VT1,
этот транзистор закрыт, напряжение на верхнем по схеме
выводе резистора R1 близко к нулю относительно общего
провода. Следовательно, будут закрыты транзисторы VT2,
VT3, включенные по схеме Шиклаи как составной
транзистор. Светодиод HL1 не светит. При превышении тока,
протекающего через параллельно включенные резисторы R2, R3,
более 0,5 А, транзистор VT1 начинает открываться,
напряжение на выводах R1 растет, когда напряжение
база-эмиттер VT2 станет больше 0,6...0,7 В, этот транзистор
откроется, вместе с ним откроется транзистор VT3, светодиод HL1
начнет светиться. Резистор R11 создает положительную
обратную связь по напряжению для каскада на транзисторах
VT2, VT3, что необходимо для создания гистерезиса
порогового устройства на этих транзисторах. Конденсаторы C1,
C2, а также остальные конденсаторы устраняют
чувствительность узлов устройства к пульсациям напряжения питания,
высокочастотным помехам и электромагнитным фоновым
наводкам. Применение на месте VT1 германиевого
транзистора с меньшим напряжением насыщения эмиттерного
перехода, чем у кремниевых транзисторов, позволяет
установить резисторы R2, R3 меньшего сопротивления, что
уменьшает на них падение напряжения и потери мощности.
При дальнейшем увеличении потребляемого тока
транзистор VT1 открывается сильнее, когда ток через низкоом-
ные резисторы R2, R3 превысит 1 А, откроются
транзисторы VT4, VT5, загорится светодиод HL2.
Когда ток через R2, R3 станет больше 1,5 А, откроются
транзисторы VT5, VT6, загорится светодиод HL3.
Чувствительность каждого порогового устройства на транзисторах
VT2VT3, VT4VT5 и VT6VT7 задается соответственно
делителями входного напряжения R4R7, R6R13, R5R18. Резисторы
R12, R17, R22 ограничивают ток через светодиоды и
открытые переходы транзисторов VT3, VT5, VT7. Резистор R8
ограничивает ток через переход база-эмиттер VT1.
Кремниевый диод VD1 ограничивает рост напряжения на выводах
резисторов R2, R3, при коротком замыкании или перегрузке на
выходе БП или при неисправности его узлов. Резисторы R9,
R14, R19 устраняют негативное влияние обратного тока
коллектора транзисторов VT2, VT4, VT6.
Конструкция и детали
Большинство деталей устройства размещены на
монтажной плате размерами 70x38 мм (рис.2). После окончания
монтажа и настройки устройства плату со стороны
соединений покрывают лаком ХВ-784 или цапонлаком. Резисторы R2,
R3 и диод VD1 удобнее разместить на основной плате
усовершенствуемого блока питания или стабилизатора
напряжения. Светодиоды монтируют на передней панели блока
питания. Постоянные резисторы можно применить типов РПМ,
МЛТ, C1-4, C2-23 соответствующей мощности. На месте R2,
R3 можно применить проволочный резистор мощностью от
5 Вт. При работе БП на максимальном токе нагрузки этот
резистор не должен нагреваться более чем на 10°С
относительно окружающей температуры. Для применения
устройства совместно с импульсным блоком питания этот резистор
должен иметь как можно меньшую индуктивность.
Конденсатор С1 установлен многослойный керамический.
При отсутствии такого конденсатора можно установить
обычный оксидный номиналом 22 мкФ 6,3 В. К выводу эмиттера
VT1 подключают «плюс» С1. Остальные конденсаторы кера-

мические К10-17, К10-50, КМ-5 или аналоги. Часть
резисторов и конденсаторов использованы в SMD-исполнении.
Диод КД226А можно заменить любым из серий КД226,
КД257, 1 N5400-1 N5408.
Вместо светодиодов АЛ307КМ красного цвета свечения,
диаметр линзы 5 мм, можно установить другие с
повышенной светоотдачей, например, АЛ307ЛМ, КИПД21П-К, КИПД35Л-К,
КИПД66Т-К, RL50-UR543, DB5D-436AR.
Германиевый транзистор МП26А можно заменить МП26Б.
Для упрощения настройки устройства желательно применить
этот транзистор с коэффициентом п2-|Э 30...40. При
напряжении питания устройства не более 25 В подойдут
транзисторы МП25А, МП25Б. Кроме предпочтительного
коэффициента передачи тока на место VT1 желательно подобрать
экземпляр с минимальным обратным током коллектора при
рабочем напряжении питания устройства.
ВС557, 2SA992. Перечисленные в качестве возможных
замен типы транзисторов могут иметь различия в типе
корпуса и цоколевке выводов.
Один из примерных вариантов подключения измерителя
тока к блоку питания показан на рис.2. При таком способе
подключения индикатора его наличие не влияет на
уменьшение выходного напряжения на выходе стабилизатора из-
за роста падения напряжения на резисторах R2, R3.
Настройка
Безошибочно собранное из исправных деталей
устройство нуждается в настройке. Настройка устройства
относительно трудоемкая. Резисторы R12, R17, R22 устанавливают
такого номинала, чтобы при актуальном напряжении питания
устройства ток через светодиоды был 2...4 мА. На время
настройки порогов включения светодиодов HL1-HL3 вместо
Кремниевые n-p-п транзисторы КТ3102Б можно заменить
любыми из КТ3102А, КТ3102Ж, КТ3102И и серий КТ6111,
SS9014, ВС547, ВС307 с любыми буквенными индексами.
Вместо p-n-р транзисторов КТ3107Б в качестве замены
подойдут КТ3107А, КТ3107В, КТ3107И и серий КТ6112, SS9015,
постоянных резисторов R7, R13, R18 подключают подстро-
ечные сопротивлением примерно вдвое большего номинала,
чем указано на рис.1 для этих резисторов. Если не удается
установить оптимальные пороги включения для светодиодов
HL2, HL3, то это означает, что при токе 1 А и выше
транзистор VT1 уже полностью открыт. Это можно
устранить подключением параллельно С1 добавочного
резистора, номинал которого подбирают
экспериментально. Изготовленную плату индикатора тока
желательно установить в корпусе блока питания как
можно дальше от сильно нагревающихся массивных
элементов конструкции: теплоотводов, понижающего
трансформатора, мощных нагрузочных резисторов и
т.п. Если требуется, чтобы светодиоды включались
при меньших токах нагрузки, то резисторы R2, R3
устанавливают большего номинала. Если нужно, чтобы
светодиоды включались при большем токе нагрузки,
то целесообразно увеличить количество
параллельно включенных R2, R3 резисторов.
Рис.2

При подключении различных устройств к сильноточным источникам напряжения,
например к автомобильному аккумулятору, возможны фатальные повреждения нагрузки
из-за неисправности устройства или человеческой ошибки, например, при переполюсовке
полярности напряжения питания.
Самовосстанавливающиеся
предохранители
для модернизации шнура питания
Андрей Бутов
Чтобы уменьшить вероятность подобных неприятностей,
можно оснастить шнур питания, с помощью которого
подключаются потребители тока, полимерным
самовосстанавливающимся предохранителем.
Принципиальная схема для модификации гибкого
питающего провода показана на рис.1. Напряжение питания
постоянного тока 0...50 В поступает на вход устройства в
соответствии с указанной полярностью подключения. Если
контакты выключателя SA1 разомкнуты, то ток нагрузки
протекает через самовосстанавливающийся предохранитель FU1.
Когда такой предохранитель холодный, его сопротивление
около 0,1...0,12 Ом, это означает, что при токе через него
1 А падение напряжения на самовосстанавливающемся
предохранителе будут не более 0,2 В. Конденсатор C1
блокировочный по цепи питания.
На транзисторах VT1, VT2 собран узел генератора
стабильного тока для питания светодиода. В конструкции
применен светодиод с повышенной светоотдачей, который
хорошо светит при токе 1,5 мА. Уменьшить протекающий через
светодиод ток можно, установив резистор R3 большего
номинала. При этом нужно рассчитывать, чтобы
рассеиваемая транзистором VT2 мощность не превысила
максимально допустимую для него.
Если контакты выключателя SA1 замкнуты, то
самовосстанавливающийся предохранитель в работе не участвует.
Защита нагрузок осуществляется встроенными в блок питания
средствами, а при их отсутствии возможны повреждения
оборудования. Предохранитель выбран на ток 1,6 А исходя из того,
что этот ток достаточен для питания автомагнитол, мощных
УМЗЧ, работающих на малой громкости, но, в то же время,
этот ток относительно небольшой, который обычно не
способен привести к фатальным неисправностям оборудования,
например, при переполюсовке полярности или при
неисправности только одного плеча мощного УМЗЧ - второе плечо
может выдержать кратковременную перегрузку, обеспечив
сохранность хотя бы части дорогих мощных транзисторов.
Конструкция
Узел генератора стабильного тока смонтирован на
небольшой монтажной плате размерами 37x15 мм.
Компоновка деталей в корпусе размерами 45x40x15 мм показана на
рис.2. Выход устройства оснащен двумя типами
соединителей: «крокодилами» и круглым штекером питания с
наружным диаметром 5,5 мм.
Устройство с устанавливаемым максимальным
током нагрузки
Возможности шнура питания со встроенной защитой
можно расширить, если вместо одного
самовосстанавливающегося предохранителя применить несколько таких
предохранителей, переключаемых на требуемый рабочий ток. На рис.3
показана принципиальная схема узла защиты от перегрузок
на восемь значений постоянного или переменного тока, в ко-
Рис.1

тором использовано всего четыре
самовосстанавливающихся предохранителя.
Разные значения тока срабатывания защиты выбираются
с помощью восьмипозиционного кнопочного переключателя SA1.
Когда нажата кнопка SA1.1, ток на нагрузку проходит через
предохранитель FU1, рассчитанный на номинальный рабочий
ток 0,1 А. Сопротивление такого предохранителя в холодном
состоянии около 3 Ом, что в некоторых случаях необходимо
учитывать, например, при питании импульсного
преобразователя напряжения. При двукратной перегрузке (начальный ток
200 мА) испытанный экземпляр предохранителя переходил в
состояние высокого сопротивления через 55 с при начальной
температуре корпуса 20°С. После срабатывания этого
предохранителя ток через нагрузку уменьшался до 34 мА.
При нажатии кнопки переключателя SA1.2
предохранитель FU1 отключается, a FU2 на ток 200 мА подключается.
Сопротивление такого предохранителя в холодном состоянии
около 2 Ом. При нажатии кнопки переключателя SA1.3 ток
нагрузки протекает уже по двум предохранителям - FU1 и
FU2, суммарный номинальный рабочий ток которых составит
Детали
Для рассмотренных устройств подойдут постоянные
резисторы любого типа, например МЛТ, С1-4. Конденсатор К50-
35, К50-68 или аналог. Транзисторы КТ503Е (две белых
точки на корпусе) можно заменить КТ503Д, КТ611БМ, MPSA-
06, MPSA-43, 2N6515, 2SC1009. Сверхъяркий сдвоенный
светодиод L-57SRSRD можно заменить любым из серий L-57,
L-937, L-117 или аналогичным. Вместо светодиода RL311-
SR114S красного цвета свечения можно применить любой
Рис.2
около 300 мА. При нажатии кнопки SA1.4 контакты SA1.3
размыкаются, ток будет протекать через предохранитель FU3.
Сопротивление этого предохранителя в холодном состоянии
около 0,3 Ом. При нажатии кнопки SA1.5 ток будет
протекать через предохранители FU2, FU3 - 200 мА +650 мА.
При нажатой кнопке SA1.6 ток будет протекать через
предохранитель FU4. В холодном состоянии сопротивление этого
предохранителя около 0,2 Ом. При нажатии кнопки SA1.7 ток
будет протекать через предохранители FU2 и FU4 - 200 мА
+1100 мА, а при нажатой SA1.8 - через FU3 и FU4 - 650 мА
+1100 мА. Светодиод HL1 своим свечением будет
сигнализировать о срабатывании подключенных предохранителей.
При параллельном включении двух
самовосстанавливающихся предохранителей они срабатывают приблизительно
через 120 с при превышении тока нагрузки на 30% от их
суммарного тока срабатывания или, например, через 15 с
при двукратном увеличении тока выше суммарного
номинального. Температура корпуса наиболее сильноточного
предохранителя всегда будет больше температуры корпуса
параллельно включенного слаботочного предохранителя.
Рис.3
непрерывного свечения без встроенного резистора с
повышенной светоотдачей, например, из серий КИПД40, КИПД66.
Переключатель PS10 от компьютерного блока питания,
рассчитанный на коммутируемый ток 6 А. Обе группы его
контактов соединяют параллельно. Переключатель - блок из
восьми кнопок ПКн-61 с зависимой фиксацией положения от
селектора выбора программ переносного отечественного
черно-белого телевизора «Юность», можно применить
аналогичный блок кнопок типа П2К. Самовосстанавливающиеся
предохранители можно применить любые из серий LP60 или
MF-R. Следует учитывать, что самовосстанавливающиеся
предохранители серии MF-R на номинальный рабочий ток
более 1,1 А рассчитаны на рабочее напряжение до 30 В.

В статье рассматривается доработка блоков питания мобильных телефонов для их
применения в качестве зарядных устройств изделий с зарядкой от USB-порта.
Зарядное устройство
для изделия с USB
Владимир Рентюк
На рынке широко представлены электронные устройства
с внутренними аккумуляторными батареями, обычно
Li-ионными, зарядка которых осуществляется через USB-порт. Для
этого используются специальные зарядные устройства (ЗУ).
Если ЗУ потерялось или по какой-то причине вышло из строя,
то для заряда устройства приходится много часов вхолостую
гонять персональный компьютер. Купить новое ЗУ весьма
проблематично, так как в обычных магазинах они редкость.
В Интернет-магазинах их предлагают по ценам в пределах
12-14 USD.
Выход из положения - это самостоятельное изготовление
ЗУ. Его можно сделать, например, используя недорогие
трансформаторные блоки питания, добавив в них простейший
стабилизатор с выходным напряжением 5 В. Без стабилизатора
такие блоки питания использовать нельзя из-за большого
разброса выходных напряжений. Стоимость такого ЗУ невысокая
(не дороже 2,5 USD), оно устойчиво в работе, не боится
коротких замыканий, но тяжелое и неудобное в эксплуатации.
Самый приемлемый вариант - это использование ЗУ от
мобильных телефонов. Но и здесь не все так гладко. Дело в
том, что данные, приводимые на корпусах этих изделий,
часто совсем не отвечают реальным. При этом даже значки о
всевозможной «сертификации» не должны вводить
пользователей в заблуждение. В табл.1 приведены данные,
собранные автором статьи по наиболее доступным на рынке ЗУ для
мобильных телефонов.
Как видно из табл.1, даже однотипные ЗУ АСР-12Е
разных изготовителей могут иметь существенный разброс по
своим реальным характеристикам. Во всех случаях, за
исключением модели Samsung ATDS10EBE, такие ЗУ не подходят к
использованию в качестве USB-зарядных устройств, так как
максимальное напряжение для таких устройств не должно
превышать 5,5 В. Как уже отмечалось, надписи на корпусе
не всегда соответствуют реальным значениям выходного
напряжения. Максимальный выходной ток ни для одного из
представленных устройств не соответствовал заявленному.
Таким образом, для начала необходимо осуществить
отбор подходящего для переделки ЗУ. Первоначально
необходимо убедиться в возможности его разборки. Так, наиболее
подходящее для доработки - ЗУ Samsung ATDS10EBE, но оно
неразборное, как и модель Motorola SSW-1189EU.
После выбора ЗУ проводится два измерения: измеряем
напряжение «холостого хода» и проверяем нагрузочную
способность. Для этого к выходу ЗУ подключают резистор с
номинальным значением 15 Ом и допустимой мощностью не
менее 1 Вт. Такая нагрузка, конечно, избыточна, но если
напряжение «холостого хода» не выше 5,5 В, а напряжение под
нагрузкой 15 Ом не уменьшается меньше чем 4,0 В, то
такое ЗУ от мобильного телефона будет надежно работать в
качестве USB-зарядного устройства.
Для такого ЗУ доработка заключается в следующем.
Необходимо приобрести обычный недорогой переходной USB-
кабель типа «А» (цена от 1,5 USD). Он называется «USB-2
cable А-А 4M-4F». С одной его стороны есть плоская вилка,
с другой - плоская розетка (рис.1).
Рис.1
Кабель разрезают на две части, причем часть с
розеткой выбирают удобной для пользования длины. Концы
обеих частей кабеля защищают, белый и зеленый (иногда этот
провод голубой) провода кабеля и экранную оплетку
обрезают. ЗУ разбирают, аккуратно отпаивают выходной кабель, а
вместо него подпаивают часть USB-кабеля с розеткой на
конце. Подпайку осуществляют следующим образом: красный
провод от USB-кабеля подпаивают вместо красного провода
шнура ЗУ, а черный провод - вместо синего. Кабель с
розеткой закрепляют в корпусе - и доработка закончена.
Доработка ЗУ
Если выходное напряжение ЗУ выше чем 5,5 В, то такое
ЗУ разбирают и на его плате находят стабилитрон. Различить
его можно по прозрачному оранжевого цвета стеклянному
корпусу (диаметр 2 мм, длина корпуса приблизительно 4 мм) с
нанесенной маркировкой 6V2, 6V8, 7V5 и 8V2 (иногда на кор-

пусе имеется и маркировка его типа, чаще BZX55C, или
марка изготовителя, например F - Fairchild). Это означает, что
стабилитрон имеет напряжение стабилизации соответственно 6,2
В, 6,8 В, 7,5 В или 8,2 В. Блоки питания со стабилитронами
8,2 В, как правило, для доработки не подходят, так как они
имеют напряжение «холостого хода» порядка 8 В. Лучше
использовать ЗУ с напряжением «холостого хода» порядка 6 В.
Таблица 1
№
п/п
Изготовитель
Модель
Выходное напряжение, В
Указано
Фактически
1
тст
ACP-12E
800
5,7
5,86
2
FABRIC
ACP-12E
800
5,7
7,50
3
KHAGI
ACP-12E
800
5,7
5,94
4
Travel Charger
ACP-12E
800
5,7
5,86
5
Travel Charger (FWHК)
ACP-12E
800
5,7
6,00
6
Motorola
SSW-1189EU
350
5,0
6,20
7
Samsung
ATDSIOEBE
700
5,0
5,22
8
NOKIA
AC-3E
350
5,0
8,53
литрона (D8 согласно рис.1) аналогичным по типу (можно
использовать стабилитрон BZX55C5V6) с напряжением
стабилизации 5,6 В. Устанавливают стабилитрон с соблюдением
полярности (на плате катод указан жирной белой полоской,
а на корпусе стабилитронов - черной). Вариант маркировки
и внешний вид таких стабилитронов показаны на рис.3.
После этого проводят замену кабеля и выполняют
проверку так, как это было
описано выше. Отличие заключается
только в том, что необходимо
проконтролировать работу ЗУ под
нагрузкой. Для этого к выходу
ЗУ подключают резистор 15 Ом,
выходное напряжение не
должно быть меньше 4,0 В.
Результаты доработки в
сравнении с фирменным USB-заряд-
Рис.2
На плате ЗУ расположены похожие на стабилитрон
диоды 1 N4148. Их, как правило, несколько. Они имеют
маркировку 1 N4148, а стабилитрон, независимо от вариантов
схемы, всегда один. Привести позиционное обозначение этого
элемента ЗУ не представляется возможным, так как даже
для одной модели имеется несколько вариантов исполнений
печатных плат и модификаций схем.
Самым приемлемым вариантом является доработка ЗУ
типа АСР-12Е, которые наиболее дешевы (цена около 2,5 USD)
и широко доступны. Один из самых распространенных
вариантов исполнения этого устройства показан на рис.2.
На рис.2 позиционные обозначения показаны согласно
оригиналу печатной платы ХК50125.
Можно использовать и неработающие ЗУ. По
наблюдению автора статьи, 90% таких «неработающих» устройств
имеют обрыв проводов возле штекера, а в остальном
вполне работоспособны. Доработка ЗУ сводится к замене стаби-
Таблица 2
ником Travel Charger LA-300 (заявлены параметры: 5 В, 300 мА)
приведены в табл.2.
Параметр
TRAVEL CHARGER LA-300
Переделанный из ЗУ типа АСР-12Е
Выходное
напряжение, В
Ток нагрузки,
мА
Выходное
напряжение, В
Ток нагрузки,
мА
Напряжение холостого хода
5,40
0
5.28
0
Напряжение на нагрузке 30 Ом
5,20
173
4,52
150
Напряжение на нагрузке 15 Ом
4,06
270
4,11
274
Рис.3
Примечание: У различных вариантов исполнения плат ЗУ
модели АСР-12Е, за исключением изделия Travel Charger (FWHK),
напряжение «холостого хода» после доработки было в
пределах от 5,36 В до 5,12 В, а под нагрузкой - выше 4,2 В. Для
изделия Travel Charger (FWHK) напряжение «холостого хода»
было равно 4,85 В, но
под нагрузкой 15
Ом составило 4,35
В. Это
свидетельствует о
допустимости переделки и ЗУ
этого изготовителя.

Характеристики предлагаемого устройства позволяют использовать его для питания самых
разнообразных потребителей постоянного тока, в том числе низковольтных электропаяльников,
электродрелей, радиоаппаратуры, а также для зарядки кислотно-свинцовых аккумуляторных
батарей с напряжением от 6 до 22 В в полуавтоматическом режиме.
Лабораторный источник питания
и зарядное устройство
Дмитрий Карелов
В настоящее время можно обнаружить немало статей с
описанием возможностей использования блоков питания,
отслуживших свой срок персональных компьютеров типа AT
(далее по тексту БППК). В основном на основе БППК
предлагается изготавливать зарядные устройства для автомобильных
свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (АКБ). При
проведении экспериментов с одним из таких БППК возникла идея
изготовить регулируемый стабилизированный лабораторный
источник питания электрика-практика, который в том числе
можно использовать и в качестве зарядного устройства для АКБ.
В таком ИП желательно иметь возможность регулировки
выходного напряжение от 0 до 25...30 В, но выходное
напряжение БППК ограничено. Как вариант можно было бы
увеличить число витков вторичной обмотки импульсного
трансформатора БППК, но попытки его разобрать не увенчались
успехом. Тогда было принято решение изготовить отдельный
повышающий трансформатор, подключив его первичную
обмотку к «пятивольтовой» обмотке штатного трансформатора
БППК. Дополнив идею схемами стабилизатора-регулятора,
регулируемой токовой защиты и цифровым мультиметром,
получили компактный лабораторный источник питания-заряд-
ное устройство.
Технические характеристики:
1. Напряжение питания ~190...250 В / 50 Гц.
2. Потребляемая мощность - до 200 Вт.
3. Три диапазона выходного напряжения постоянного тока:
U1: от 5 до 22 В при токе до 5 А;
U2: от 10 до 42 В при токе до 4 А;
U3: от 0 до 30 В при токе до 2 А.
4. Регулировка выходного напряжения в пределах
диапазона - плавная, двухуровневая (грубо/точно).
5. Напряжение пульсации при максимальном выходном
токе:
U1: не более 25 мВ;
U2: не более 500 мВ;
U3: не более 10 мВ.
6. Режим зарядки аккумуляторной батареи до
установленного напряжения (от 5 до 22 В) плавно уменьшающимся
током.
7. Защита по току - общая для всех диапазонов
регулируемая токовая отсечка на уровне от 0,5 до 4 А плюс
дополнительная токовая защита стабилизатора U3 (2 А).
8. Возможность безопасного отключения токовой защиты
для подключения нагрузки, имеющей большой пусковой ток.
9. Индикация выходных напряжений / тока - по
встроенному цифровому мультиметру.
10. Светодиодная индикация канала измерения
напряжения и срабатывания защиты по току.
Работа устройства
Принципиальная электрическая схема ИП показана на
рис.1. Для удобства изложения работа устройства будет
рассматриваться одновременно с порядком переделки,
изготовления и конструкции ИП.
Первым делом следует внести изменения в схему БППК.
Для этого следует включить микросхему DA1 типа TL494
(КА7500, МВ3759, КР111ЕУ4) так, как показано на рис.1.
Таким образом, исключаются все блокировки и защиты
оригинальной схемы БППК. Для того чтобы разрешить работу
генератора ШИМ, необходимо перерезать печатный провод-

ник на плате БППК от вывода 4 DA1 и установить резистор
R5 (если он отсутствует в БППК). Также следует поступить
с остальными выводами DA1 и навесным монтажом
смонтировать показанную на рис.1 обвязку DA1. Нетронутыми
оставляют только выводы 12 и 7 (питание микросхемы), а
также 8 и 11 (выходные цепи). Номиналы установленных на
плате элементов С2, С5, R4, R5, R8 оставляют без изменений.
Теперь желательно
собрать макетную
плату с элементами VT1,
R9, R10, R12, R17, С8,
подключив вместо R13
переменный резистор
номиналом 22...33 кОм
и проверить работу
БППК. Убедившись в
нормальной работе
БППК с нагрузкой и без
в интервале напряжений
от 5 до 22 В, можно
приступать к
дальнейшей модернизации
устройства. Для этого в
цепи «+12 В»
устанавливают конденсатор СЗ и
резистор R6, а в цепи
«-12 В» устанавливают
конденсатор С1.
Напряжения «+5 В» и «-5 В»
не используются,
поэтому все детали,
связанные с этими цепями,
можно демонтировать.
Правда, в авторском
варианте после удаления
диодов выпрямителя
«+5 В» БППК стал
плохо запускаться, поэтому
было решено оставить
цепь «+5 В», заменив
мощные диоды VD5,
VD6 выпрямителя «+5
В» маломощными,
выпаянными из цепи «-5
В», и уменьшить
емкость фильтрующего
конденсатора С4.
Как уже говорилось
ранее, для повышения
выходного напряжения
БППК используется
повышающий
трансформатор Т2. Он намотан на
ферритовом броневом
сердечнике СБ-30
марки М2000НМ диаметром
30 мм, собранном без
зазора. Первичная
обмотка имеет 9 витков провода марки МГТФ-0,35,
намотанного в три провода, а вторичная - 2x11 витков провода ПЭЛ-
1,0. Трансформатор удобно закрепить на радиаторе
выпрямительных диодов БППК. Там же через изоляционную
прокладку устанавливают диодную сборку VD7VD8. В качестве
дросселя L4 используется извлеченный из БППК дроссель
ненужного источника +5 В. Выпрямленное напряжение с

трансформатора Т2 включается последовательно с выходом
«+12 В». Таким образом, регулируя напряжение на выходе
«+12 В» (U1) в пределах от 5 до 22 В, выходное
напряжение блока повышения напряжения (U2) регулируется в
пределах от 10 до 42 В.
Диапазон U2 пригоден для питания мощной нагрузки с
напряжением питания 22...42 В, например, электропаяльни-
Формирования диапазона напряжений U3
Итак, мы рассмотрели формирование двух диапазонов
выходного напряжения: U1 и U2. Для формирования
диапазона U3 в схему вводится дополнительный блок
регулируемого стабилизатора напряжения, выполненный на
микросхеме DA2, умощненной транзистором VT4. Для получения
диапазона регулирования от 0 В используется выход «-12 В»
БППК. Используя параметрический стабилизатор на
элементах R25, VD17, СЮ, это напряжение снижается до
уровня 3,3 В и через делитель, образованный резисторами R29
и R30+R31+R32, подается на выв. 1 ИМС DA2. Подборкой
сопротивления резисторов R32 и R29 добиваются получения
диапазона регулирования U3 от 0 до 30 В.
В цепь нагрузки стабилизатора включен узел защиты на
элементах R21, VT2, VS1, реле К1 и их обвязки. При
протекании через резистор R21 тока, превышающего 2 А,
открываются транзистор VT2 и тиристор VS1, а также
срабатывает реле К1, которое закорачивает своим контактом
регулирующие резисторы, снижая выходное напряжение до 0.
Индикация срабатывания защиты осуществляется светодиодом
HL2 зеленого цвета. Кнопка SB1.1 служит для сброса или
временного отключения узла защиты.
Следует остановиться на регулировочных резисторах R14,
R30 и R18, R31. Как видно из схемы, эти резисторы
являются спаренными. Это сделано для того, чтобы снизить
нагрузку на блок стабилизации U3. Напряжение на выходе блока
стабилизации отличается от входного не более чем на 10...12 В
во всем диапазоне выходных напряжений, благодаря чему
мощность рассеивания на нем не превышает 25 Вт во всем
диапазоне регулирования. Как видно из схемы, спаренные
резисторы имеют разные номиналы, поэтому их следует
изготовить самостоятельно. Для этого понадобятся два спаренных
резистора типа СПЗ-4аМ сопротивлением 2,2 кОм и 22 кОм
и один одинарный сопротивлением 6,8 кОм. С крайних
резисторов «спарки» следует переставить контактные площадки
таким образом, чтобы получить один спаренный резистор
сопротивлением 2,2 кОм и 6,8 кОм, а второй - 22 кОм и 2,2 кОм.
Теперь рассмотрим блок регулируемой токовой отсечки.
Датчик тока включен в цепь «минуса» и выполнен с
использованием герконового реле К2, поверх которого намотана
дополнительная обмотка 3-4, состоящая из 16 витков провода
ПЭЛ-0,8. Узел защиты питается напряжением 5 В от
интегрального стабилизатора DA1 типа 7805. Регулировка тока
уставки осуществляется переменным резистором R19. При
протекании в цепи нагрузки тока, превышающего ток уставки,
реле К2 срабатывает и своим контактом К2.1 подает
отпирающее напряжение на транзистор VT3, который включает реле
КЗ. Мощные контакты реле КЗ отключают нагрузку от
«минуса» источника питания. Индикация срабатывания защиты
осуществляется включением светодиода HL1 красного цвета. Для
приведения схемы защиты в исходное состояние следует
кратковременно нажать кнопку SB1.2, спаренную с кнопкой SB1.1.
Следует отметить, что реле КЗ выполняет две функции:
во-первых, оно является исполняющим элементом
схемы защиты по току;
во-вторых, при использовании ИП в качестве зарядного
устройства для зарядки АКБ, реле КЗ осуществляет
функцию безопасного подключения АКБ к ИП.

Осуществляется это следующим образом. Для
подключения АКБ к ИП предусмотрены отдельные клеммы XS6 и XS7.
При правильном подключении к этим клеммам АКБ реле КЗ
срабатывает и замыкает свои контакты 2-3, подключая
«минус» АКБ к «минусу» ИП. В таком режиме схема токовой
защиты отключена, что позволяет получить максимально
возможный зарядный ток АКБ.
Отключение токовой защиты необходимо также при
работе с нагрузкой, имеющей большой пусковой ток. Конечно,
если необходимо единожды включить такую нагрузку, это
можно сделать, нажав кнопку SB1. Но если требуется
подключить к ИП, например, низковольтный шуруповерт, то
необходимо полностью отключить токовую защиту. Для этого
случая предусмотрены отдельные клеммы XS5, XS6.
Подключив к ним нагрузку, следует повернуть регулятор R19
установки тока отсечки влево до отказа. При этом сработает
«защита», реле КЗ включится и подключит «минус» ИП к
нагрузке. В этом режиме, как и в случае подключения АКБ, для
обеспечения безопасности на основные клеммы ИП XS1-XS4
напряжение подаваться не будет.
Измерительный блок
Перейдем к рассмотрению схемы блока измерения
напряжения / тока (рис.2). Для индикации уровня выходного
напряжения и тока использован широко распространенный
малогабаритный цифровой мультиметр типа DT830B, плата
которого укорочена до минимально возможного размера. Все
установленные в мультиметре делители не нужны, следует
оставить только показанную на рис.2 входную цепь R38C13,
выводы подключения питания мультиметра и выводы
управления запятыми индикатора (на рис.2
показано схематически, в действительности в
приборе для управления запятыми предусмотрены
специальные цепочки, выведенные на
переключатель, к которым и следует подключаться).
Схема измерителя особенностей не имеет.
Измерение напряжения осуществляется на
пределе «200 В» через делитель напряжения на
резисторах R35, R36. Измерение тока
осуществляется на пределе «10 А». Резистор Rm
используется штатный из мультиметра. С
помощью сдвоенного переключателя SA2
осуществляется переключение режима измерения
напряжения / тока и одновременно
переключается запятая на индикаторе. С помощью
переключателя SA1 выбирается канал измерения
напряжения и осуществляется индикация
выбранного канала светодиодами HL3, HL4.
Для питания мультиметра, а также
вентилятора охлаждения предлагается использовать
модифицированное импульсное зарядное
устройство для мобильных телефонов (ЗУ). Питание
мультиметра от независимого источника
позволяет исключить риск выхода его из строя. Одновременно
наличие независимого ИП позволяет решить проблему питания
вентилятора охлаждения БППК неизменным напряжением.
Для модификации ЗУ следует увеличить число витков
вторичной обмотки импульсного трансформатора, домотав на
его каркас (не разбирая) 3-4 витка обмоточного провода
диаметром около 0,3 мм и включив дополнительные витки
последовательно с имеющейся обмоткой. Регулируя
количество витков, следует добиться получения на выходе ЗУ
напряжения =12 В под нагрузкой, в качестве которой
использовать штатный вентилятор охлаждения БППК. Для
получения напряжения питания мультиметра +9 В служит
микросхема DA3 с конденсатором С14, которые можно разместить
навесным монтажом на плате ЗУ.
Конструкция и детали
Конструкция ИП выполнена блочно на отдельных
печатных платах и частично навесным монтажом.
Светодиоды любые индикаторные. Кнопки и
переключатели любые малогабаритные, слаботочные.
В конструкции использованы реле следующих типов: К1 -
РЭС15 паспорт РС4.591.003; К2 - РЭС55А, паспорт 0202,
напряжение срабатывания 3 В, ток срабатывания 30 мА; КЗ -
автомобильное на 12 В с током коммутации 30 А. Реле КЗ
следует переделать на более низкое напряжение. Для этого
с его обмотки следует смотать 500 витков провода и
отрегулировать его на срабатывание при напряжении не его
обмотке не более 4,5 В.
Блок регулируемого стабилизатора напряжения собран на
печатной плате, закрепленной шурупами к радиатору
ключевых транзисторов БППК. Транзистор VT4 и микросхему DA2
следует установить на радиатор, площадь которого зависит
от эффективности охлаждения ИП. Автор использовал
радиатор охлаждения процессора Pentium-1 величиной со
спичечный коробок.
Рис.3
Все элементы ИП расположены в корпусе БППК, одна из
сторон которого вырезана для размещения передней панели
с органами управления и индикации. Разъемы XS1-XS4
выведены на переднюю панель, a XS5-XS7 - на заднюю.
Внешний вид конструкции без верхней крышки показан на рис.3.

При выборе схемы импульсного стабилизатора постоянного напряжения (ИСПН) не
торопитесь сразу браться за его изготовление, а постарайтесь внимательно изучить,
проанализировать, и систематизировать информацию, которая приведена в описаниях
доступных вам схем ИСПН.
Импульсный стабилизатор
напряжения.
Сергей Ёлкин
При этом вы однозначно сэкономите ваше время и
средства, и в результате получите полное удовлетворение от
изготовления устройства с нужными параметрами.
При выборе той или иной схемы реально оцените ваши
потребности (задачу) и возможности, обратив внимание на
общие параметры ИСПН и параметры индуктивного элемента.
Общие параметры:
значение максимального декларируемого тока,
который протекает через дроссель;
значение выходного напряжения;
номинал накопительного конденсатора вторичного
источника постоянного напряжения и его тип;
частота преобразования.
ЭПС конденсатора
Важным является значение эквивалентного
последовательного сопротивления конденсатора (ЭПС), которое
характеризует способность конденсатора быстро получать и
отдавать накопленный заряд. Чем оно меньше, тем лучше
конденсатор работает как источник питания устройства при
повышенных питающих частотах.
Надо выбирать конденсаторы с напряжением, большим,
чем требуется, поскольку значение ЭПС у них меньше. Так
же можно использовать параллельное включение (вместо
одного) двух и более конденсаторов с меньшей емкостью, что
приводит к уменьшению ЭПС.
Типы отечественных конденсаторов, которые
предназначены специально для работы в качестве фильтров в
импульсных источниках, - это К53-18 или, что лучше, К53-28.
Как упоминалось в [1], частота преобразования в ИСПН
с самовозбуждением - величина переменная, значение
которой изменяется в зависимости от тока нагрузки.
При постоянной нагрузке частота преобразования в ИСПН
в основном зависит от значения индуктивности
накопительного дросселя (с учетом подмагничивания постоянным током
нагрузки) и значения накопительной емкости (с учетом
шунтирования сопротивлением нагрузки).
Так как значение тока в индуктивности нарастает по
линейному закону, то и для ИСПН индуктивность
накопительного дросселя в общем случае должна быть достаточной для
обеспечения процесса линейного тока заряда
накопительной емкости (оптимальной частоте переключения) при
требуемом сопротивлении нагрузки.
Несмотря на то, что повышение частоты
преобразования позволяет существенно уменьшить массогабаритные
размеры индуктивного элемента, увлекаться ее увеличением
не следует, поскольку в таком случае существенно
возрастают требования и к материалу магнитопровода, и к
активным и пассивным радиокомпонентам стабилизатора.
Поэтому максимальную частоту преобразования при
наличии радиокомпонентов общего назначения и магнитопроводов
для накопительного дросселя из широко распространенных
марок ферритов не стоит увеличивать выше 30...40 кГц.
Параметры индуктивного элемента:
значение сечения магнитопровода;
марка материала, из которого изготовлен магнитопро-
вод;
конструкция сердечника магнитопровода;
диаметр провода, которым выполнена обмотка дросселя
Не удивляйтесь, если ассортимент материалов
сердечников магнитопроводов накопительных дросселей, которые
указаны в той или иной схеме стабилизатора, поразит вас своим
разнообразием, которое может варьировать от сердечников из
трансформаторных (Э340) сталей [2] до очень даже
дефицитных колец из прессованного (МП140) пермаллоя.
Не заставят себя долго ждать и вполне логичные вопросы:
Какой сердечник все же лучше выбрать, особенно когда
нет такого, как в описании?
Будет ли выбранная данная схема ИСПН работать, и
сохранятся ли декларируемые параметры с тем сердечником,
который есть в наличии?
Еще один параметр, который затруднительно поддается
измерению, - это величина индуктивности накопительного
дросселя L1.

Этот параметр, если и приводится в описаниях ИСПН,
колеблется от 30 до 1000 мкГн. Иногда даже мелькают не
корректные технически заверения, что индуктивность дросселя
не критична вообще.
Если у вас имеется магнитопровод, хотя бы
приблизительно подходящий по указанным выше параметрам,
предварительное (косвенное) определение индуктивности
дросселя можно провести экспериментально с помощью
резонансного способа с использованием вполне доступных средств
измерений.
Предварительное определение параметров
индуктивного элемента
Базовые данные для:
магнитопроводов из материалов, полученных методом
порошковой металлургии (альсифер, феррит,
прессованный пермаллой, распыленное железо и т.п.).
Примем в качестве условных базовых параметры
дросселя, который выполнен на
кольцевом магнитопроводе из
феррита М2000НМ с
размерами К20х12х6 мм.
Индуктивность этого
дросселя при равномерной
намотке по периметру кольца 16
витков эмалированного провода
диаметром 0,53 мм имеет
значение (измеренное прибором
рис.1 Е7-15 без учета подмагничива-
ния) 200 мкГн. Сечение маг-
нитопровода дросселя равно [(20-12)/2 х 6] = 24 мм2.
Максимальный декларируемый ток через дроссель при
использовании в схеме ИСПН, приведенной в [1], равен 1
А. Конструкция дросселя показана на рис.1.
магнитопроводов из трансформаторной стали
Декларируемый ток при использовании дросселя в
схеме ИСПН, которая приведена в [2], равен 2 А,
накопительный конденсатор 3000 мкФ, магнитопровод собран на
сердечнике Ш 12x10 из стали Э340, обмотка дросселя состоит
из 90 витков диаметром 0,76 мм, частота преобразования
1...2 кГц.
Реально изготовленная конструкция дросселя с
аналогичными параметрами (толщина пластин 0,25 мм, число витков
95, провод обмотки диаметром 0,76 мм)
показана на рис.2.
Проведение измерений
Измерительная схема показана на
рис.3. Для проведения измерений
нужен только генератор звуковой
частоты и вольтметр. С1 типа МБМ 0,47 мкФ
160 В.
Физический смысл проведения
измерений на первом этапе -
практический подбор количества витков
(косвенный подбор требуемой
индуктивности), которые необходимо намотать на
магнитопроводе, имеющемся у вас, для
достижения некоторого базового
значения частоты резонанса. При этом испытываемый
индуктивный элемент включается в последовательный
колебательный контур.
Достижение частоты резонанса в схеме рис.3
оценивается по минимальным показаниям индикатора.
Приведу данные по значению частот последовательного
резонанса контуров для дросселей, которые выполнены на
различных типах магнитопроводов:
на кольцевом ферритовом сердечнике (М2000НМ, с
размерами К20х12х6 мм, 200 мкГн) - 16,5 кГц;
на шпульном ферритовом сердечнике (150 мкГн) -
20 кГц;
на броневом Ш-образном сердечнике из
трансформаторной стали (Ш 10x12, толщина пластин 0,25 мм -
8,6 мГн) - 2,3 кГц.
Конструкция магнитопровода дросселя
Для изготовления накопительного дросселя можно
использовать цилиндрические, броневые, стержневые и
тороидальные магнитопроводы.
В современных конструкциях ИСПН достаточно часто
встречаются индуктивные
элементы на шпульных
сердечниках [3].
Наиболее
рациональным является
использование для сердечников
дросселей тороидальных
магнитопроводов, поскольку для
получения необходимой
индуктивности (при равных
сечениях сердечников) по рис ^
сравнению с остальными
вышеперечисленными типами магнитопроводов такое
решение позволяет уменьшить количество витков.
К тому же, тороидальный магнитопровод практически не
имеет внешнего магнитного поля, что позволяет размещать
такие сердечники без какого-либо существенного влияния
достаточно близко друг к другу и к другим компонентам.
Однако поскольку тороидальный сердечник является
замкнутым, его магнитопровод при равных прочих условиях
по сравнению с другими типами сердечников быстрее
насыщается.
Для улучшения этого параметра
для тороидальных сердечников
применяют такой прием: сердечник
раскалывается, в сколы вводится
немагнитная прокладка, а затем
сердечник склеивается. После
затвердевания клея производится намотка
обмотки.
Однако возможен и другой подход
к увеличению тока насыщения
магнитопровода накопительного дросселя.
Например, если надо увеличить
выходной ток ИСПН, дроссель которого
выполнен на кольцевом
магнитопроводе, насыщение которого наступает

при токе 1,2 А, в 2 раза, то можно просто увеличить
сечение магнитопровода накопительного дросселя.
В [1] такой подход осуществлен именно конструктивно.
Для этого вместо одного кольца (ток насыщения -1,2 А)
для магнитопровода дросселя был использован магнитопро-
вод (рис.4) из двух сложенных вместе колец из того же
материала и типоразмера. Обмотка была перемотана из
соображений сохранения той же индуктивности проводом,
сечение которого так же было увеличено вдвое.
Как показали практические измерения, ИСПН с таким
магнитопроводом «легко» отдавал максимальный ток 2 А.
Информативно, как пример для использования доступных
магнитопроводов из ферритов, напомню, что в своих
конструкциях желательно использовать феррит с третьей буквой
«С» в буквенном обозначении марки материала (например -
2000НМС), что означает его предназначение для работы в
сильных магнитных полях.
Именно такой феррит используется практически во всех
трансформаторах строчной развертки кинескопных телевизоров.
Что касается магнитопроводов из трансформаторных
сталей, то они доступны и вполне приемлемы к применению для
изготовления дросселей в ИСПН. Все зависит от
желания, возможностей и поставленной задачи.
Конструктивные и технологические вопросы
Обмотка
Если вы хотите, чтобы ИСПН как устройство с
индуктивным элементом работало надежно, то при выборе
диаметра провода для намотки обмоток трансформаторов
или дросселей используйте эмпирическое соотношение,
из которого следует, что через сечение медного
проводника, равное 1 мм2, можно пропустить (без нагрева
проводника) ток от 3 до 5 А.
Отметим, что для тока 2 А, который проходит через
обмотку дросселя, достаточно использовать провод диаметром
0,76 мм, а для тока 1 А - провод диаметром 0,53 мм.
Кто пробовал наматывать обмотку проводом с большим
диаметром (более 1 мм) на хрупком штатном каркасе от
броневого сердечника, который изготовлен порой и из
полистирола, тот знает, что это достаточно неудобно, поскольку без
применения специального оборудования и оснастки
разрушить каркас очень даже просто.
При отсутствии провода с приведенным в описании
диаметром можно намотать обмотку дросселя жгутом из более
тонких проводников с суммарным сечением, равным
требуемому по описанию, рассчитав его по приведенному ранее
соотношению (рис.5).
Кстати, индуктивность, которая намотана жгутом из
изолированных проводников, имеет меньшие потери на
рассеяние.
Проверка параметров
изготовленного индуктивного элемента
Дроссель, изготовленный с учетом практических
рекомендаций, изложенных выше, устанавливается в реальную
конструкцию ИСПН.
Конструкция стенда для испытаний может быть собрана
на макете, что для простых ИСПН с самовозбуждением
вполне реально.
Проверку работы ИСПН можно произвести простым
методом с использованием стандартных измерительных
приборов, который основан на визуальном наблюдении за
изменением формы колебаний напряжения на коллекторе
ключевого транзистора ИСПН с помощью осциллографа, а
также регулируемого эквивалента нагрузки и амперметра [3].
Наблюдение за изменением формы колебаний
проводится от минимального значения (на «холостом ходу») до
максимального значения тока нагрузки.
Например, импульсы на коллекторе транзистора VT3 в
схеме ИСПН, показанной на рис.2 в [1], при ее работе без
нагрузки имеют вид (рис.6). Иначе говоря, форма
колебаний имеет вид коротких импульсов (или пачек импульсов) с
большой скважностью.
По мере увеличения тока через индуктивный элемент
(уменьшения сопротивления нагрузки) скважность импульсов
ИСПН начинает уменьшаться. Достижение скважности,
равной примерно двум (рис.7), означает подход рабочей точки
магнитопровода индуктивного элемента к границе
линейного участка на петле гистерезиса. При этом значение тока че-
Рис.6
Рис.7
рез амперметр, который включен последовательно с
нагрузкой, и будет максимальным током, который можно получить
от конкретной конструкции индуктивного элемента в данном
ИСПН. Упрощенно физический смысл полученных
результатов означает, что время накопления энергии становится
равным времени ее расходования.
При дальнейшем увеличении тока через индуктивный
элемент форма прямоугольных колебаний на коллекторе клю-

чевого транзистора (рис.8) искажается, хотя значение тока
через амперметр увеличивается, а выходное напряжение все
еще поддерживается на требуемом уровне. С физической
точки зрения режим искажения формы импульсов означает
Рис.8
то, что рабочая точка индуктивного элемента ИСПН
сместилась на нелинейный участок петли
гистерезиса магнитопровода. Работа в таком
режиме приводит к существенному
увеличению потерь в материале
магнитопровода, что вызывает его разогрев, а
также к резкому увеличению уровня и
спектра помех, который излучается
индуктивным элементом ИСПН. Очевидно, что
использование магнитопровода дросселя
ИСПН в таком режиме нецелесообразно.
Хотелось бы также отметить, что осциллограф, который
используется для проведения наблюдений за формой и
амплитудой генерируемого сигнала, должен обладать хорошими
импульсными параметрами, например, С1-54, С1-65, С1-118.
Рис.9
Тем, кто по разным причинам не хочет заниматься
изготовлением индуктивного элемента, можно рекомендовать
использовать покупные дроссели на шпульном магнитопроводе
с индуктивностью 150 мкГн. У таких дросселей сечение
магнитопровода - шпули (3,14х25/4)=19,625 мм2.
Катушка дросселя - многослойная, содержит
67 витков провода диаметром 0,33
(S=0,0854865 мм2), намотанных виток к
витку, расчетный ток 0,34 А.
Очевидно, что для получения тока
нагрузки около 0,7 А надо взять 4 шпульных
дросселя, соединив их
последовательно-параллельно.
Внешний вид покупного шпульного
дросселя показан на рис.9.
Литература
1. Елкин OA. Релейный стабилизатор. Прикладное
применение // Радиокомпоненты. - 2008. - №5. - С.44.
2. Жуковский Ю., Лившиц Р. Ключевой стабилизатор
напряжения // Радио. - 1970. - №8. - С.52.
3. Елкин OA. Ремонт автомобильного зарядного
устройства для сотового телефона // Радиокомпоненты. - 2008.
- №2. - С.44.
Если у читателя возникли дополнительные вопросы по
разделу «Литература», то имеется возможность подробно
ознакомиться с содержанием упомянутых источников, посетив
Публичную библиотеку по адресу http://publ.lib.ru/ARCHIVES.
http://electrician.com.ua
Подписной индекс по каталогу «Роспечать»: 22090
Журнал «Электрик. Международный электротехнический журнал» —
специализированное деловое издание.
Публикуются актуальные материалы по таким разделам, как энергетика,
электроавтоматика, источники питания, осветительные приборы,
а также методические рекомендации, обзорные статьи
с комментариями ведущих специалистов отрасли.
Особое внимание уделяется освещению экономических новостей
в энергетике и электротехнике, а также практической электротехнике.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Светодиодная подсветка люстры
(
КП602
)
А.Л. Бутов,
Радиокомпоненты,
2012,
№ 1, с. 36
-
37
, № 2, с.
46
-
47
Устройство
разработано
для
модернизации
потолочных
,
настенных
и
настольных
светиль
ников
,
предназначенных
для
экс
плуатации
с
лампами
накаливания
.
С
его
помощью
можно
легко
улучшить
потребительские
свойства
осветительных
изделий
,
сделав
их
более
удобными
и
практичными
в
использовании
.
Если
светильник
дополнить
собранным
по
схеме
рис
.
1
устройством
,
то
ультраяркие
светодио
ды
HL
1
-
HL
6
синего цвета
свечения
будут
светить
с
максимальной
яркостью
,
только
когда
замкну
та
группа
контактов
SA
1.2
выключа
теля
освещения
.
Поскольку
при
питании
лампы
накалива
ния
через
полупроводниковый
диод
,
ее
спираль
работа
ет
с
недокалом
и
тускло
светит
темно
-
желтым
цветом
,
си
не
-
голубое
направленное
свечение
светодиодов
улучшает
спектральный
состав
сум
марного
потока
света
.
При замыкании
обеих
групп
кон
тактов
выключателя
света
,
когда
лампа
накаливания
на
-
чинает
светить
с
максималь
ной
яркостью
,
светодиоды почти
полностью
погасают
.
М
ожно
собрать
более
простую
конструк
цию
по
схеме
,
показанной
на
рис
.
2.
Устройство
позволяет включить
,
например
,
установленные
в
люстру
лампы
накали
вания
или
светодиоды
.
Это
позволяет
,
напри
мер
,
использо
вать
один
и
тот
же
светильник
как
по
основн
ому
назначению
,
так
,
например
,
и
в
качестве
ночника
или
ис
точника
дежурного
освещения
,
например
,
во
время
просмотра
телеви
зионных
передач
или при
работе
за
компьютером
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Простые устройства для проверки и восстановления аккумуляторов
A
.Г.
Зызюк,
Радиоко
мпоненты,
2012,
№ 1, с. 38
-
41
На
фото
показан
внешний
вид
промышленного
автоматического
зарядного
устройства
с
полным
набо
ром
функций
описываемых
в
статье
.
Замена
аккумулятора
ноутбука
К
сожалению
,
на
самые
современные
аккумуля
-
то
ры для
ноутбука
цен
ы
высокие
.
В
этой
ситуации
самыми
ходовыми
оказы
ваются
никель
-
кадмиевые
дисковые
аккумуляторы
(
ДА
).
Они
выгоднее
,
чем
любые
другие
аккумуляторы
или «батарейки»
.
Например
,
если
требуется
срочная
замена
«севше
-
му»
аккумулятору
ноутбука
или
другому
портатив
-
но
му
потребителю
электроэнер
гии
,
то
несложно
составить батарею
ДА
из
Д
-
0,55
или
Д
-
0,26
Д
.
Для
типовой
ситу
ации
,
при
питании
ноутбука
от
19
В
,
требуется
после
довательно
соединить
14
шт
.
Д
-
0,26
Д
или
Д
-
0,55.
Ес
ли
подключаться
вместо
штатного
аккумулятора
ноут
бука
,
имеющего
емкость
2,6
А
·
ч
,
то
выгода
в
цене
нали
цо
.
Эксплуатация
и
восстановление параметров
ДА
Поскольку
ДА
типов
Д
-
0,26,
Д
-
0,55
чрезвычайно распространены
,
то
необходимо
бороться
с
их
глав
ным
недостатком
—
эффектом
памяти
.
Однако
эффект
па
мяти
-
это
только
вершина
айсбер
га
,
о
которой
общепринято
говорить
при
обсуждении проблем
ДА
.
Есть
проблемы
не
столь
яркие
,
как
пресло
вутый
эффект
памяти
,
тем
не
менее
,
приносящие
непри
ятностей
еще
больше
,
нежели
эффект
памяти
.
Из
-
за
эффекта
памяти
ДА
н
е
отдают
полную
ем
кость
,
поэтому
не
могут
принимать
номиналь
-
ный
заряд
.
Сообщить
полный
заряд
ДА
можно
только
после
полно
го
разряда
ДА
.
Если
ДА
перио
-
дически
не
разряжать
,
то ДА
не
только
теряет
емкость
,
но
и
сокращается
его
срок службы
.
Кроме
того
,
возр
астает
внутреннее
сопротив
ление
ДА
.
А
это
уже
огромная
проблема
в
эксплуатации.
Как
правильно
разрядить
ДА перед
зарядом
С
этой
целью
изготавливались
простые
разрядные устройства
,
согласно
схеме
рис
. 1.
Несмотря
на
просто
ту
,
схема
оправдала
себя
на
пра
ктике
.
Ведь
для
этой
же цели
изготавливают
довольно
громоздкие
и
сложные конструкции
.
Их
выполняют
на
операционных
усилите
лях
(
ОУ
)
и
компараторах
,
и
они
содержат
десятки
ком
плектующих
.
При
этом
напряжение
на
ДА
контролиру
ется
с
точностью
до
1... 10
мВ
,
а
то
и
еще
точнее
.
В
схеме
рис
.
1
диоды
выполняют
одновременно
функции
и
«компараторов»
напряжения
,
и
«разряжателей»
.
О
некоторых
важных
нюансах
Встречаются
поистине
уникальные
экземпляры
ДА
.
Внешне
«оборванные»
,
не
проявляющие
признаков жизни
,
ДА
сначал
а
вообще
не
отдают
в
нагрузку
ток
и
не
поддаются
зарядке
.
После
установки
в
кассету
и
не
большого
прижима
винтом
М
5,
ток
разряда
превыша
ет
0,2
А
(
для
Д
-
0,26)
в
течение
более
часа
.
Оказалось
,
что
многие
ДА
способны
держать
такой
заряд
год
и больше
.
Затем
,
обрываясь
внутри
,
они
оказываются
не
заслуженно
причисленными
к
негодным
ДА
.
Проверка
9
-
вольтовых
батарей и
аккумуляторов
Кстати
,
многие
9
-
вольтовые
«Кроны»
досаждают своей
обманчивостью
.
Настоящая
досада
у
«Кроны»
(
зарубежный
аналог
6
F
22)
в
том
,
что
напр
я
-
жение
8...9
В держится
сколь
угодно
долго
,
но
стоит
подключить
на
грузку
,
чтобы
обеспечить
ток
7... 10
мА
,
как
напряжение резко
уменьшае
тся
.
Таких
экземпляров
среди
6
F
22
не
мало
.
Поэтому
была
собрана
простая
схема
«нагру
зочно
го»
вольтметра
.
Он
собран
по
схеме
рис
.
2.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Регулятор напряжения от 0 до 30 В с током до 3 А
(
UA
723)
И.
Турчин
,
Радиокомпоненты,
2012,
№ 1, с.
46
Устройство
можно
использовать
в
качестве
лабораторно
го
источника
питания
.
Необычный симисторный регулятор мощности
В.
И
.
Калашник
,
В
.
А
.
Черников
,
Радиокомпоненты,
2012,
№ 1, с. 53
-
54
Регулятор
предназначен
для
регулирования
мощно
сти
в
электроустановках
с
большой
инерцией
(
нагре
вательные
приборы
,
электродвигатели
и
т
.
д
.).
Исполь
зо
вать
его
с
осветительными
приборами
нел
ьзя
,
так
как
лам
пы
в
них
будут
сильно
мигать
.
Особенностью
предлагаемого
симисторного
регуля
тора
мощности
является
коммутация
симистора
в
мо
мент
перехода
сетевого
напряжения
через
нуль
.
Такой
способ
коммутации
значительно
уменьшает
как
им
пульс
ные
то
к
и
через
симистор
в
момент
коммутации
,
так
и
уровень
сетевых
помех
,
создаваемый
симис
тор
ным
регулятором
.
Мощность
регулируется
изменением
числа
перио
дов
напряжения
,
действующих
на
нагрузку
,
а
значит
,
не
приводит
к
образованию
в
потребляемом
токе
постоян
ной
составляющей
.
Дело
в
том
,
что
постоянная
состав
ляющая
способна
вызвать
подмагничивание
магнитопроводов
трансформаторов
и
электродвигателей
,
под
ключенных
к
сети
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Автомобильные преобразователи напряжения 24 В в 12 В для водителей автобусов и
грузовы
х машин
(
LM
2576
T
)
И.
Турчин
,
Радиокомпоненты,
2012,
№ 2, с. 40
-
41
Предлагаемое ус
тройство
используется
для
преоб
ра
зования постоянного
напряжения
24
В
в
12
В
при
максимальном токе
нагрузки
3
А
.
Такой
преобразова
тель
можно
ис
пользовать
,
например
,
в
салоне
грузовых
автомоби
лей
и
некоторых
моделей
иномарок
с
бортовой
сетью
24
В
для
питания
магнитолы
,
портативного
телевизора и
другой
бытовой
техники
.
По
сравнению
с
линейными
преобразователями
,
данный
импульсный
преобразо
-
ватель
отличается
повышенным
К
ПД
.
Преобразователь
имеет
защиту
по
входу
от
перепо
люсовки
и
по
выходу
от
превышения
выходного
напря
жения
.
К
источнику
питания
преобразователь
рекомен
дуется
подключать
через
предохранитель
с
номиналом
3
А
.
Для
обеспечения
нормального
теплового
режима ус
тройство
рекомендуется
устанавливать
в
хорошо
вен
тили
-
руемом
месте
.
Для
увеличения
выходного
тока
допускается
парал
лельное
включение
нескольких
модулей
.
При
подготовке
параллельного
включения
модулей необходимо
предварительно
,
с
помощью
подбора
ре
зистор
а
R
1,
добиться
того
,
чтобы
разница
выходных напряжений
этих
модулей
,
включаемых
параллельно
,
со
ставляла
не
более
0,1
В
.
Максимальный
допустимый ток
в
таком
включении
составляет
I
=2,5 ·
n
[
А
],
где
n
-
ко
личество
модулей
,
включаемых
в
параллель
.
Таким
обра
зом
,
при
параллельном
включении
двух
пре
обра
-
зователей
максимально
допустимый
ток составит
5
А
,
при
включении
трех
преобразова
телей
-
7,5
А
и
т
.
д
.
Резисторы
необходимо
ис
пользовать
с
допуском
1%.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Вторая «жизнь» блока питания принтера
STAR
MICRONICS
LC
24
-
200
А.Л. Бутов,
Радиокомпоненты,
2012,
№
2
, с.
41
-
42
Популярные
в
недалеком
прошлом
монохромные
и
цветные
матричные
принтеры
,
отпечатав
десятки
тысяч
страниц
в
настоящее
время
уходят
на
за
служенный
отдых
,
Если
в
вашем
распоряжении
окаже
тся
старый
матричный принтер
,
не
спешите
его
разбирать
на
атомы
,
некоторые
из
его
узлов
и
мо
дулей
могут
еще
поработать
в
других
устройствах
.
Этот
импульсный
БП
выдает
стабилизированное
выходное напряжение
+24
В
при
токе
нагруз
ки
до
3
А
.
Для
того
чт
обы
использовать
этот БП
для
питания
усилителя
мощности звуковой
частоты
,
необходимо
из
-
готовить
несложный
фильтр
напряже
ния
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Экономичный стабилизатор напряжения
(КП504, КР1014КТ1)
А.Л. Бутов,
Радиокомпоненты, 2012, № 2, с.
44
-
45
Сверхэкономичные
интегральные
КМОП
стабили
заторы
с
током
собственного
пот
-
ребления
не
превыша
ющим
нескольких
микроампер
,
появившиеся
относи
тельно
недавно
,
пока
еще
не
так
часто
можно
встретить
в
розничной
торговле
.
Предлагаемый
стабилизатор
настроен
на
выходное
напряжение
+5
В
и
имеет
то
к
покоя
(
собствен
ного
потребления
)
не
более
30
мкА
.
При
этом
он
спосо
бен
отдавать
в
нагрузку
ток
от
1
мкА
до
1
А
.
Входное
напряжение
переменного
тока
может
быть
от
7
до
18
В
,
а
постоянного
(
подключение
к
точкам
«А»
-
плюс
,
«Б»
-
минус
)
от
8
до
22
В
.
Зави
симость
изменения
выходного
напряжения
от
входного
не
превышает
0,1
В
во всем
рабочем
интервале
изменения
входного
напряже
ния
и
потребляемого
нагрузкой
тока
.
Стабилизатор
не имеет
активной
системы
защиты
от
перегрузок
и
корот
ких
замыканий
на
выходе
,
но
чтобы
избежать
поврежде
ния
его
элементов
при
возникновении
аварийной
ситуа
ции
,
в
цепь
питания
установлен
самовосстанавливаю
щийся
предохранитель
фирмы
«
BOURNS
»
на
номиналь
ный
ток
900
мА
.
Сетевой фильтр для устройств
с коллекторными электродвигателями
А.Л. Бутов,
Радиокомпоненты, 2012, № 2, с. 54
Чтобы
уменьшить
уровень
помех
,
создаваемых
устройствами
с
кол
-
лекторными
электродвигателями
,
с
тиристорными
коммутаторами
,
с
вы
-
сокочастотными
преобразователя
ми
,
необходимо
использовать
эф
фективные
LC
-
фи
льтры
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Блок
питания
с
импульсным стабилизатором
1,2...25
В
,
З А
(
LM2576HVT
-
Adj
)
Бутов
А.Л
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
1
, с.
18
-
21
Мощный
лабораторный
блок питания
с
импульсным
стабилизатором напряжения
,
оснащённый
узлом
защиты
от перегрузки
на
самовосстанав
ливающихся предохранителях
и
звуковым
сигнали
-
за
тором наличия
короткого
замыкания
или
перегрузки его
выхода
.
Микросхема
LM
2576
HVT
-
Adj
способна
отда
вать
ток
в
нагрузку
до
3
А
.
Максимальное входное
напряжение
постоянного
тока
может быть
до
63
В
,
минимальн
ое
выходное напряжение
1,2
В
.
КПД
стабилизатора
при максимальном
токе
нагрузки
около
85 %.
Размах пульсаций
выходного
напряжения
не
превы
шает
20
мВ
при
максимальном
токе
нагрузки
.
шкалу
вольтметра
.
На
КМОП
микросхеме
DD
1
собран
узел
звукового
сигнализат
ора наличия
короткого
замыкания
на
выходе
XS
3.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Схемы
электронных
балластов энергосберегающих
ламп
Радиоконструктор, 201
2
, №
1
, с.
22
-
23
Прив
е
дены
шесть
типовых
схем
ламп попу
л
ярных
марок
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Преобразователь напряжения
12/220 В
(
IRF530
)
Ше
лехов Д
.
Н
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
2
, с.
9
-
10
П
реобразовател
ь
сравнительно
неболь
шой
мощности
(
не
более
70
W
на
нагрузке
)
выраба
ты
-
вает
переменное
напряжение частотой
около
50
Гц
по
форме
близкой
к синусоидальной
.
Схема
состоит
из
генератора
,
зарабат
ы
вающего
симметричное
противофазное
пря
моугольное
напряже
-
ние
и
выходного
каскада на
ключевых
полевых
транзисторах
,
нагру
женного
повышающим
трансформатором
.
Преобразователь
частоты для
асинхронного
электродвигателя
(
PIC
16
F
873,
PIC
16
F
628,
IR
2131,
IRG
4
BC
30
F
)
Юрзин В
.
С
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
2
, с.
18
-
20,
№
3
, с.
12
-
19
см. также Радио
, 2012,
№
1,
с
. 41
-
43,
№
2,
с
.
39
-
40
В
предлагаемом
преобразователе
частоты регулирование
напряжения
инвертора
реали
зовано
с
помощью
ШИМ
и
алгоритм
переклю
чения
по
базовым
векторам
напряжения
,
с
помощью
которых
сформировано
трех
фаз
ное
напряжение
,
действую
-
щее
на
выходе авто
номного
инвер
-
тора
.
Описание
действия
кнопок
панели управления
:
•
Нажатием
на
кнопку
«ПУСК»
SA
2
запускают питающийся
от
инвертора
трехфаз
ный электро
-
двигатель
.
За
установленное
поль
зователем
время
частота
генерируемого трехфазного
напря
-
жения
плавно
нарастает
от
нуля
до
заданного
значения
.
•
Нажатие
на
кнопку
«СТОП»
SA
5
приводит
к плавному
снижению
частоты
генерируе
мого
трех
-
фазного
нап
ряжения
до
ноля
.
Затем
отключается
напряжения
с
двига
теля
.
•
Нажатием
на
кнопку
«
OK
»
SA
1
переключает страницы
меню
«ДВИГАТЕЛЬ»
,
«НАСТРОЙКА»
,
«АВАРИИ»
.
•
Нажатием
на
кнопки
«
BBEPX
»
SA
3,
«ВНИЗ»
SA
4
панели
управления
осуществляют переключе
-
ние
по
списку
на
блюдаемых параметров
страницы
меню
.
•
Потенциометр
«ЧАСТОТА»
R
16
обеспечи
вает
ввод
желаемой
частоты
вращения трехфазного
электродвигателя
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
На
плате
драйвера
находится
силовая часть
устройства
(
Рис
.
8)

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Блок управления
(
Рис
.
9
)
Прошивку
можно
п
олучить
у
автора
,
в редакции
или
взять
в
папке
НЕХ
2
на
диске
#22
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Двухканальны
й
фазовый
регулятор мощности
на
микроконтроллере
(
АТ
89
С
4051
)
Шишкин С
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
3
, с.
2
4
-
28
Диапазон
регули
рования
выходной
мощности
каждого
канала зада
ется
в
относительных
единицах
,
от
0
до
99.
Например
,
к
первому
каналу регулятора
можно
подклю
чить
настольную лампу
или
торшер
,
второй
канал
будет регулировать
подсветку
в
аквариуме
и
т
.
д
.
Ток
через
каждый
канал
регулирования мощности
ограничен
пре
дельно
допустимым током
7,5
А
через
сетевой
фильтры
МРМ
4
-
С
7.5
АМУ
.
В
интерфейс
управления
входит клавиатура
(
кнопки
S
1...
S
4)
и
блок
индикации из
трех
цифровых
семи
-
сегментных
индика
торах
HG
1...
HG
3.
В
устройстве
два
основных
режимов работы
: "
регулятор
1", "
рег
улятор
2".
Управ
ление
осу
щест
вляется
с
помощью
клавиа
туры
,
кнопки
которой
(
по
схеме
S
1...
S
4),
имеют
следующее
назначение
:
S
1
(
Р
)
-
выбор
режима
работы
устройства
в замкнутом
цикле
("
регулятор
1", "
регулятор
2")
после
подачи
питания
устройство
сразу пе
реходит
в
режим
"
регулятор
1",
каждое нажатие
данной
кнопки
переводит
устройство в
следующий
режим
;
S
2
(
▲
)
-
увеличение
значения
подклю
чаемой
мощности
регуляторов
в
режимах
"
регулятор
1",
"
регулятор
2",
нажатие
на данную
кнопку
увеличивает
на
единицу инди
цируемое
значение
в
вышеуказанных режимах
;
S
3
(
▼
)
-
уменьшение
значения
выходной мощности
регуляторов
в
режимах
"
регулятор
1",
"
регулятор
2"
ка
ж
дое
нажа
тие
на
данную
кнопку
уменьшает
на
единицу индицируемое
значение
в
вышеуказанных режимах
;
S
4
(
В
)
-
от
ключение
от
сети
нагрузок подключаемых
к
соединителям
Х
2,
ХЗ
,
независимо
от
текущего
значения
индици
руемого
на
индикаторах
.
В
любом
режиме
работы
устройства
,
каж
дая
кнопка
выполняет
только
одну
предназ
начаемую
ей
функцию
.
Для
задания
нужного
значения
в
каком
-
либо
канале
необходимо
кнопкой
S
1 (
Р
)
выбрать
канал
регулирования
и
кнопками
S
2 (
▲
), S3 (
▼
)
установить
требуемое
значение
.
При
нажатии
на
кнопку
S
4 (
В
)
нагрузки подключенные
к
устройству
отключаются
от сети
.
Разряды индикации интерфейса имеют сл
едующее
назначение (справа налево по рис. 2):
1
разряд (индикатор
HG
3) отображает млад
ший разряд
задаваемого значения подклю
чаемой мощности регуляторов в
режимах
"регулятор 1"
и
"регулятор 2";
2
разряд (индикатор
HG
2) отображает стар
ший разряд
задаваемо
го значения подклю
чаемой мощности регуляторов в
режимах
"регулятор 1"
и
"регулятор 2";
3
разряд (индикатор
HG
1) отображает теку
щий режим ра
-
боты устройства, если устройство работает в режиме
"регулятор
1"
-
"2"; регулятор
2
-
"3".
Осциллограммы
,
поясняющ
ие
работу
фазового
регулятора
,
-
на
рис
.
3.
Для
того
чтобы
значение
подключаемой мощности
в
нагрузке
увеличивалось
с увеличением
значения
задаваемой
мощ
ности
на
индикаторе
устройства
,
а
так
же
для получения
дискретности
регулирования
1 %,
необходимо
,
что
бы
импульс
включения
симистора
,
смещался
с
шагом
100
мкс
,
с момента
прохождения
сетевого
напряжения через
нуль
,
справа
налево
по
рис.
3б,
при
увеличении
на
единицу
значения
задава
емой
мощности
на
индикаторе
устройства
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Прошивку
можно
получить
у
автор
а
,
в редакции
или
взять
в
папке
НЕХ
2
на
диске
#22

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Микроконтроллеры
PIC
с интерфейсом
USB
в управлении тиристорным
преобразователем
(
PIC
16
F
628
A
,
PIC
18
F
2550
)
Юрзин В
.
С
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
5
, с.
15
-
21,
№
6
, с.
24
-
26
Блок
управления
БУТП
предназнач
ен
для управления
трехфазным
симметричным
тиристорным
мостом
,
преобразующим
трех
фазное
переменное
напряжение
в
постоян
ное
,
регулируемое
напря
-
жение
.
В
таблице
1
представлены
технические
характеристики
,
в таблице
2
параметры
системы
управления доступные
для
редактирования
.
Микроконтроллерная
система
БУТП обеспечивает
:
•
Поддержку
интерфейса
USB
-
2.
•
Резидентный
загрузчик
Microchip
.
Внутрисхемное
обновление микроконтроллера
по
универсальной последовательной
шине
USB
.
•
ПИД
-
регулирование
для стабилиз
ации
выбранного
параметра
(
тока
или
напряжения
).
•
Ограничение
максимального
тока
.
•
Защиту
от
недопустимых
перегрузок по
току
.
•
Блокирование
импульсов
управления тиристорами
в
аварийных
ситуациях
.
•
С
помощью
приложения
«
TestBUTP
v
1.0
»
записывать
процесс
(
пуск
,
работа
)
в
память
и
сохранять
в
виде файла
для
последующего
анализа
.
•
Копирование
параметров
из приложения
в
блок
и
обратно
.
•
Функции
осциллографа
приложения
«
TestBUTP
v
1.0
»
позволяют контролировать
три
параметра одновременно
(
напряжение
задан
ия
,
ток
и
напряжение
в
нагрузке
).

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Принципиальная
схема
БУТП

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Схема
силовой
части
преобразователя.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Применение
шины
USB
В
составе
периферии микроконтроллера
PIC
18
F
2550
находится
встроенный
модуль
USB
Serial
Interface
Engine
(
SIE
),
который
осуществ
ляет
обмен
данными
по универсальной
последовательной
шине
USB
ме
ж
ду
микроконтроллером
Microchip
PIC
и хостом
. 0x0000.
В
чистую
,
не
запрограмми
-
рованную микросхему
необходимо
записать
с
помощью программатора
код
загрузчика
-
файл
'
boot
_
factory
.
hex
'
.
Со
стор
оны
ПК устанавливается
драйвер
(
папка
/
MCHPUSB
Driver
/
Release
/
mchpusb
.
inf
)
и
небольшая программа
(
папка
/
Pdfsusb
/
PDFSUSB
.
exe
). (
порядка
1
Мбит
/
с
).
Для
взаимодействия модуля
USB
DD
1
с
персональным
компью
тером
необходимо
использовать
прило
-
жение
TestBUTP
.
exe
.
Приложение
TestBUTP
работает
в
опера
ционных
системах
WindowsXP
-
Windows
7.
Окно
просмотра
и
редактирования
значе
ний
переменных
системы
управления преобразователем
-
на
Рис
.
3.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
ПИД
регулятор
.
Настройка
и
проверка
Принцип
функционирования
регулято
ра
микроконтроллерной
системы
МСУ
основан на
работе
с
двухконтурной
системой регули
-
рования
,
содержащий
следящий контур
регулирования
и
контур
ограничения
.
Контур
ограничения
работает
на
значениях датчика
обратной
связи
по
току
.
Значения констант
перегруз
ки
и
токовой
осечки берутся
из
энергонеза
висимой
памяти
.
ПИД
-
регулятор
следящего
контура
реализован
программно
с
суммированием
двух
значений
напряже
ния
задания
и
напряжения
обратной
связи
.
Значение
обратной
связи
датчика
тока
или
напряжения
,
по
которому
будет происходить
регулирование
,
выбирается
в окне
ПАРАМЕТРЫ
программы
TestBUTP
Рис
.
3
и
сохраняется
энергонезависимой памяти
микроконтроллера
DD
1.
Работа
регулятора
состоит
в
том
,
чтобы компенсировать
изменения
значения датчика
.
При
увеличении
или
уменьше
нии напряжения
обратной
связи
уменьшается или
увеличивается
соот
-
вет
ственно
напряже
ние
на
выходе
силового
моста
преобра
зователя
.
На
осциллограмме
Рис
. 7
показана работа
регулятора
(
выход
задания
регуля
тора
,
выходное
напряжение
преобразо
вателя
,
выход
д
атчика
тока
).
Программы
для
микроконтроллеров
написаны
на
языке
С
и
с
использованием
MPLAB
и
Proteus
7
ISIS
.
Недостатком
данного
устройства
можно считать
то
,
что
шина
USB
гальванически не
изолиро
-
вана
от
схемы
управления
,
что
и привело
к
применению
раз
делительного трансформатора
в
цепи
силового
моста
.
Прошивку
можно
получить
у
автора
,
в редакции
или
взять
в
папке
НЕХ
2
на
диске
#22
или
скачать
здесь
:
http
://
radiohex
.
narod
2.
ru

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Сетевой
блок
питания
для аккумуляторного
электроинструмента
(
IRF
840)
Камы
шин
Н
.
А
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
5
, с.
22
При
интенсивной
работе
энергия
штатного
акку
мулятора
заканчивается
менее
чем
за
час
работы
.
А
на
зарядку
требуется
время
.
Поэтому
при
доступности
электросети
и необходимости
интенсивной
работы
жела
тельно
пи
тать
инструмент
от
электросети
.
На
рисунке
показана
схема
импульсного источника
питания
для
аккумуляторной дрели
с
18
-
вольтовым
питанием
(
они
бывают
на
18
V
и на
12
V
).
Источник
питания
дрели
-
шуруповерта из
«электронного
трансформатора»
Каримов
A
.
M
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
5
, с.
23
-
24
Измеренный
ток потребления
шуруповертом
на
максималь
ной
нагрузке
оказался
равен
7
-
8
А
.
Таким
обра
зом
,
мощность
источника
должна
быть
где
-
то около
100
W
.
«Электронный
трансфор
-
матор» был
именно
такой
мощности
(
плох
о
что
без существенного
запаса
).
На
рисунке
2
показана
доработанная
схема
.
Лампа
Н
1
нужна
как
нагрузка
при
работе блока
на
холостом
ходу
,
необходимая
для его
запуска
.
Но
для
неё
нашлось
и
практи
ческое
применение
.
Лампа
помещена
в металлическую
трубку
и
п
римотана
изолен
той
к
корпусу
шуруповерта
,
так
что
получился весьма
полезный
фонарик
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Инфракрасный
фонарь
(
ZXLD
1362)
Шмелев
В
.
И
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
5
, с.
24
-
26
Как
известно
,
цифровые
камеры
могут видеть
не
только
в
видимом
спектре
света
,
но
и
в
инфракрасном
диапазоне
,
не
видимом для
глаз
человека
.
Это
побочное
явление
,
с которым
при
обычной
фотосъемке
стараются бороться
,
позволяет
превратить
сотовый телефон
,
веб
-
камеру
или
цифровой
фото
аппарат
в
настоящий
прибор
ночного видения
.
Нужно
т
олько
добавить
к
нему
инфракрасной
подсветки
.
Мне
же
нужно
было
организовать
достаточ
но
яркую
ИК
-
подсветку
для
веб
-
камеры
,
чтобы
она
могла
снимать
ночью
все
доволь
но
большое
помещение
(24
кв
.
метра
),
рабо
тая
как
охранная
видеокамера
.
Поэтому
был сделан
И
К
-
фонарь
,
питающийся
от
стацио
-
нарного
источника
тока
напряжением
12
V
.
Принципиальная
схема
фонаря
показана
на рисунке
1.
В
её
основе
схема
светодиодной лампы
на
микросхеме
ZXLD
1362.
Структур
ная
схема
этой
микросхемы
показана
на рисунке
2
.
Микро
схе
-
ма
п
редставляет
собой
DC
-
DC
-
понижающий
преобразователь
напря
жения.
Наличие
на
выходе
микросхемы мощного
полевого
транзистора
позволяет
ей коммутировать
относительно
большую
мощ
ность
(
до
48
W
)
при
работе
без
радиатора
.
Диапазон
питающего
напряжения
6....60
V
.
Выходной
ток
нагрузки
1
А
.
Частота
встроенного
генератора
500
кГц
.
Подавая
на
вывод
3
импульсы
и
меняя
их широту
можно
регулировать
выходную
мощ
ность
,
то
есть
,
яркость
подключенного
на выходе
светодиода
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Светодиодный
фонарик
(КТ815)
Радиоконструктор, 2
01
2
, №
5
, с.
26
Напряжение падения
на
большинстве
сверхярких
светодиодах
более
3
V
,
а
два
элемента
«ААА» дают
3
или
меньше
.
Плохо
,
так
как
три элемента
«ААА»
это
уже
громоздко
.
Тем
не менее
,
проблема
очень
просто
решается
если использовать
повышающий
прео
бра
-
зова
тель
напряжения
.
В
таком
случае
один
или даже
несколько
последовательно
включен
ных
светодиода
смогут
работать
от
источ
ника
напряжением
даже
менее
1
V
.
Трансформатор
намотан
на
ферритовом
кольце
внешним
диаметром
8
мм
.
Обмотка
1
-
16
витков
,
обмот
ка
2
-
35
витков
,
провод ПЭВ
0,31.
Светодиод
L
-
53
PWC
.
Сигнализатор
перегрева электророзетки
Лыжин
Р
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
5
, с.
34
-
36
Чтобы
уменьшить
вероятность
опасного разогрева
пары
электро
вилка
-
розетка
,
мож
но
изготовить
несложный
сигнали
-
затор
пере
грева
сетевой
розетки
,
который
известит
об опасности
звуковым
и
световым
сигналами
.
Устройство
непрерывно
потребляет
от
сети
220
В
ток
около
7,5
мА
.
Печатная
плата
легко умещается
в
монтажной
коробке
для
уста
новки
электророзетки
для
скр
ытой
электропроводки
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Повышающий, понижающий и инвертирующий стабилизаторы
на микросхеме
TL
494
CN
Шишкин С
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
6
, с.
13
-
17
Микросхема
достаточно
широко применяется
в
импульсных
источниках
питания
.
Отечествен
-
ный
аналог
КР111
4
ЕУ
4.
Кроме
того она
выпускается
рядом
фирм
под
разными наименованиями
.
Например
,
фирма
SHARP
(
Япония
)
выпускает
микросхему
IR
3
M
02,
фирма
SAMSUNG
(
Корея
)
-
КА
7500,
фирма
FUJITSU
(
Япония
)
-
МВ
3759.
Микросхема
осуществляет
формирование
опор
ного
напряжения
,
усиление
сигнала
ошибки
,
формирование
пилообразного
напряжения
,
ШИМ
-
модуляцию
,
форми
ро
вание
2
-
тактного выхода
,
защиту
от
сквозных
токов
,
защиту
от перегрузок
,
внешнюю
синхронизацию
,
обеспе
чение
мягкого
запуска
,
широкий
диапазон
регу
лировки
,
возможность
внешнего
включения
.
П
араллельн
ый
повышающ
ий
стабилизатор

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
П
оследовательный
по
ниж
ающ
ий
стабилизатор

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
П
оследовательный
инвертирующий
стабилизатор

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Защита
оборудования
от
колебаний напряжения
в
электросети
(
LM
393)
Лыжин
Р
.
,
Радиоконструктор, 201
2
, №
6
, с.
34
-
36
Приведена
схема
защитного устройства
,
которое
следит
за
напряжением в
сети
,
и
если
его
величина
выходит
за
уста
новленные
пределы
отключает
нагрузку
.
При этом
загорается
один
из
двух
индикаторных свето
диодов
,
показывающих
что
именно произошло
,
-
превышение
или
п
о
нижение сетевого
напряжения
.
И
происходит
отклю
чение
потребителя
.
Включение
потребителя
может
быть
сделано
вручную
,
нажатием кнопки
S
1
или
автоматически
.
Автоматичес
кий
режим
включается
выключ
ателем
S
2 (
когда
он
включен
подключение
потребителя после
того
как
напря
-
жение
приходит
в
норму происходит
автоматически
).
Датчиком
сетевого
напряжения
является выпрямитель
на
диоде
VD
1
и
конденсаторе С
1.
А
так
же
,
делители
напряжения
на
резис
торах
R
1
-
R
4
.
Подстроечными
резисто
рами
R
3
и
R
4
устанав
-
ливают
в
котором напряжение
считается
нормальным
и безопасным
для
потребителя
(
например
,
можно
установить
от
200
V
до
240
V
).
Быстродействие
схемы
зависит
от
емкости конденсатора
С
1.
Но
слишком
сильно
его емкост
ь
снижать
тоже
нельзя
,
так
как
это приведет
к
пульсациям
конт
-
роль
ного
напря
жения
и
ошибкам
в
работе
схемы
вследствие этого
.




РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Симбиоз двух
"
китайцев
"
(
ST13003A)
Г
.
БАДЛО
,
С
.
БАДЛО
,
Радиомир, 201
2
, № 1, с.
10
-
11
Настольные
лампы
дневного
света
(
ЛДС
)
мощностью
15;
20
и
40
Вт
с дроссельной
схемой
запуска
(
китай
ского
про
-
изводства
)
широко
пред
ставлены
в
продаже
.
Не
менее
рас
-
простра
нены
и,
так
называемые
,
«
энергосберегайки
»
—
ЛДС
с
обычным
цо
колем
и
электронным
пускорегулирующим
устройством
внутри
(
в
основ
ном
также
китайские
).
Надеж
-
ность последних
оставляет
желать
лучше
го
,
так
что
после
непродолжительной работы
они
пополняют
дома
шние
за
-
пасы
"
горелого
"
хлама
.
После
анализа
выясни
лось
,
что
вся
доработка
бу
дет
сводиться
к
замене стартера
на
запускаю
-
щий конденсатор
емкостью
3300
пФ
(
с
платы
)
и
подклю
-
чению
ЛДС
к
схеме
элект
ронного
бал
ласта
.
Схема
включения
настольной
лам
пы
дне
вного
света
с
дросселем
и
стартером
показана
на
рис
.
1.
Схема электронного
балласта
приве
дена
на
рис
.
5.
По
сути
,
это
им
пульсный
блок
питания
.
Схема запуска
состоит
из
эле
-
ментов
VD
1,
С
2,
R
6
и
динистора
VS
1.
Диоды
VD
2,
VD
3
и
резис
-
торы
R
1,
R
3
выполняют
защитные функции
.
При
включении
ЛДС
через
R
6
заряжается
С
2,
в
опреде
ленный
момент
открывается
динистор
VS
1
и
формируется импульс
,
открывающий
тран
зистор
VT
2.
После
этого
кон
денсатор
С
2
разряжен
,
а
диод
VD
1
шунтирует
эту
цепь
.
Запускается
генератор
на тр
анзисторах
VT
1,
VT
2
и
транс
форматоре
Т
r
1.
На
нити
лам
пы
посту
-
пает
напряжение
че
рез
"
силовой
"
конденсатор
С
6,
резонансный
СЗ
и
индуктив
ность
L
1.
Разряд
в
лампе
про
исходит
на
резонансной
часто
те
,
определяемой
емкостью СЗ
.
Во
время
разряда
СЗ
шун
-
тируе
тся
,
и
частота
контура снижается
,
так
как
в
работу вступает
конденсатор
С
6
боль
шей
ем
-
кости
.
В
это
время
тран
зистор
VT
1
открыт
,
сердечник Т
r
1
входит
в
насыщение
,
и
за счет
обратной
связи
по
базе транзистор
закрывается
.
Да
лее
процесс
повторяется
.




РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Лаб
ораторный блок
питания
А
.
КУЗЬМИН
,
Радиомир, 201
2
, № 1, с.
10
-
11
Схема
БП
очень
проста
,
но
обеспечивает
получение
пере
менного
напряжения
в
диапазоне
2...28
В
и
постоян
-
ного
в
диапазоне
3...37
В
.
Зарядное
устройство
для
Li
-
i
on
аккумуляторов
(
К142ЕН12)
Е
.
СОЛОДОВНИКОВ
,
Е
.
ИВАНОВ
,
Радиомир, 201
2
, № 2, с. 14
Зарядное
устройство
при
подклю
чении
разряженного
аккумулятора обеспечивает
зарядку
стабильным током
.
Поскольку
напряжение
на разряженном
аккумуляторе
меньше напряжения
стабилизатора
напря
жения
н
а
микросхеме
D
2,
он
без
действует
.
По
мере
зарядки
напря
жение
на
аккумуляторе
растет
и приближается
к
напряжению
стаби
лизации
.
Зарядный
ток
уменьшает
ся
,
что
можно
использовать
в
каче
стве
признака
прекращения
заряд
ки
,
но
лучше
подождать
,
пока
закон
чит
ся
дозарядка
аккумулятора
ма
лым
током
.
Таким
образом
,
вне
за
висимости
от
времени
подключения к
зарядному
устройству
,
перезаряд
ка
аккумулятора
никогда
не
про
изойдет
.




РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Форматирование аккумуляторов бытовых устройств
(
TL
431
)
В
.
КОНОВАЛОВ
,
А
.
ВАНТЕЕВ
,
Рад
иомир, 201
2
, № 1, с.
13
-
15
Так
называемое
"
форматирова
ние
"
аккуму
-
ляторов
восстанавли
вает
структуру
пластин
электродов и
обеспечивает
более
полный
ре
-
жим
заряд
-
разряд
в
автоматичес
ком
режиме
.
Цель
форматирова
ния
—
удаление
кристаллов
и
очистка
пов
ерхности
электродов
.
Аккумулятор
форматируется
цик
лами
заряд
-
разряд
с
дополнитель
ной
функцией
:
наложени
ем
импуль
сного
тока
на
постоянный
ток
заря
да
,
что
повышает
эффективность
восстановления
электродов
.
Ток
восстановления
в
начальное время
растет
.
По
сле
очистки
пла
стин
и
зарядки
аккумулятора
на
блюдается
падение
тока
и
рост
на
пряжения
.
Контроль
напряжения на
аккумуляторе
позволяет
сни
зить
вероятность
его
перезаряда и
перегрева
.
Технические данные устройства
Напряжение
сети
,
В
220
Напряжение
аккумулятора
,
В
3,6...13,2
Максимальный
ток
заряда
,
мА
200
Ток
разряда
,
мА
20
Время
автоматического
переключения
режимов
,
мин
0,2.
..6
Импульсный
ток
восстановления
,
мА
450
Время
импульса
,
мс
2
Время
форматирования
,
час
1
...3
Емкость
форматируемых
аккумуляторов
,
мА
·
ч
1000...3000
Регулировка
схемы
начинается с
установки
сопротивления
R
5,
при
котором
реле
К
1
отключено
(
напряжение
на
аккумуляторе
ме
нее
9
В
),
и
идет
процесс
форма
тирования
.
По
мере
восстановле
-
ния
поверхност
и
пластин
аккуму
лятор
набирает
емкость
,
напря
жение
на
нем
растет
,
и
при
на
-
пряжении
13,2
В
устройство
дол
жно
переключаться
на
разряд
.
После
снижения
напряжения
на
аккумуляторе
при
разряде
про
цесс
должен
повториться
.
Схе
мой
может
форматироваться
ак
-
кум
улятор
напряжением
от
3,6
до
13
В
(
с
подстройкой
сопротивле
ния
R
5).
Окончание
форматирования сопровождается
сменой
режима заряд
-
разряд
с
повышенной
час
-
тотой
переключения
светодиодов
(0,1
Гц
).
В
случае
замыкания
в цепи
аккумулятора
контрольные
светодиоды
будут
гореть
с
повы
шенной
яркостью
и
мигать
с
час
тотой
0,1
...1
Гц
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Динисторы
,
тиристоры
,
симисторы
.
Справочный материал
Подготовил
В
.
Новиков
,
Радиомир, 201
2
, № 1
...6
Динисторы
,
тиристоры
и
симисторы
—
это
ключевые
полупро
-
вод
никовые
приборы
,
ко
торые
могут находиться
в
одном
из
двух
устой
чивых
состояний
:
проводящем
(
от
крытом
)
и
непроводящем
(
закры
том
).
Перевод
из
непроводящего
в проводящее
состояние
осуществ
ляется
повышением
приложенно
го
напряжения
выше
порогового
(
для
динисторов
)
или
относи
тель
но
слабым
постоянным
или
им
пульсным
сигналом
(
для
тиристо
ров
и
симисторов
).
Вольт
-
амперная
характеристика
динистора
показана
на
рис
.
4.
В
зак
рытом
состоянии
сопротивление между
анодом
и
катодом
динистора велико
(
сотни
килоом
),
и
через
него протека
ет
неболь
-
шой
ток
I
зкр
,
изме
ряемый
при
напряжении
U
пр
.
зкр
.
макс
.
которое
называют
максимально
до
пустимым
прямым
напряжением закры
-
того
динистора
.
При
определенном
значении
пря
мого
напряжения
,
называемого
на
пряжением
включения
U
вкл
(
точка
А на
характе
ристике
),
динис
-
тор
откры
вается
(
точка
Б
),
и
сопротивление между
анодом
и
катодом
резко уменьшается
до
десятых
долей
ома
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Триодные
тиристоры
(
тринисторы
),
как
и
диодные
,
имеют
четырехслойную
структуру
с
тремя
р
-
n
-
перехо
-
дами
,
но
содержат
дополни
тельный
,
третий
(
управляю
-
щий
)
электрод
УЭ
.
Вольт
-
амперная
харак
теристика
(
ВАХ
)
приведена
на
рис
. 9.
Когда
тиристор
включен
в
обрат
ном
направлении
,
т
.
е
.
к
аноду
при
ложено
отрицательное
напряже
ние
(
относительно
катода
),
его
ха
рактерист
ика
аналогична
обратной ВАХ
полупроводникового
диода
.
В
диапазоне
напряжений
от
0
до
мак
симально
допустимого
через
при
бор
протекает
очень
малый
(
поряд
ка
долей
миллиампера
)
ток
,
а
при превышении
напряжения
пробоя
U
обр
.
проб
. он
начинает
резко
возрас
тат
ь
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Ремонт
электронного
балласта
энергосберегающих
ламп
(
ST
1300
1,
BU
V
46
A
)
Перевод
В
.
Стасюка
,
Радиомир, 201
2
, № 2, с. 14
T. FABIAN,
Radiotechnika
№
7/07
Вышедшую
из
строя
электронику маломощных
люми
-
нес
центных ламп
можно
попытаться
исправить соб
ст
-
венными
силами
.
Типовая с
хема
балласта
при
ведена
на
рис
.
3.
Обмотки
L
1...
L
3
импульсного
трансформатора намотаны
на
ферри
-
товом
коль
це
размерами
10x6x5
мм
.
Катуш
ка
L
1
содержит
8
витков
,
L
2
и
L
3
—
по
2
витка
провода
d
=
0,4
мм
.
На
сердечнике
дроссел
я
Ft
стан
дарта
ЕЕ
размерами
16x7x5
мм с
воздушным
зазором
0,3
мм
на
ходится
примерно
300
витков провода
.
По
скольку
к
дросселю
последователь
но
подклю
-
чен
только
один
конденса
тор
емкостью
2,7
нФ
,
работа
лампы гарантируется
только
при
комнат
-
ной температу
ре
,
т
.
е
.
модель
специаль
но
ориентирована
на
применение внутри
отапливаемых
помещений
.
Схема
балласта
л
юминесцентной
лампы
"
Duiux
EL
" (
Osram
)
мощностью
23
Вт
со
схемой
запуска
,
приведена
на
рис
. 4.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Питание
ЛДС
от
12
В
(
TLC
555,
IRF
510)
Подготовил
В
.
Новиков
,
Радиомир, 201
2
, № 2, с. 1
3
Простая
схема
электронного
бал
ласта
позволяет
запитать
лампу дневного
света
(
ЛДС
)
мощ
ностью
4...8
Вт
от
автомобильного
аккуму
лятора
или
от
другого
источника постоянного
напря
жения
12
В
.
В
качестве
Т
1
использу
ется
малога
баритный
промышленный
сетевой
трансформатор
мощностью
10
Вт
в
"
обратном
"
включении
.
Его
вторичная обмотка
с
номинальным
напряжени
ем
9...
10
В
подключается
к
транзис
тору
,
а
первичная
(230
В
)
—
к
лампе
.
Защита
от
переполюсовки
питания
Подго
товил
В
.
Новиков
,
Радиомир, 201
2
, № 2, с. 1
4
Реле К
1
должно
быть
рассчитано
на рабочее
напряжение
12
В
,
а
его контакты
—
обеспечивать
комму
-
тацию
необходимого
для
защи
щаемого
устройства
тока
.
Когда
входное
напряжение
пода
но
правильно
,
диод
VD
1
откры
т
,
и на
обмотку
реле
подается
11,4
В
.
Реле
срабатывает
,
через
его
зам
кнувшиеся
контакты
ток
поступает
в
нагрузку
.
Диод
VD
2
нужен
для ограничения
индуктивных
выбросов напряжения
на
обмотке
реле
.
При
обратном
подключении
пи
тания
VD
1
запи
рается
,
и
напряжен
ие
на
обмотку реле
не
подается
.
Следователь
-
но
,
контакты
реле
разомкнуты
,
а подключенное
оборудование
обе
сточено
.
Аккумулятор
еще
послужит
В
.
Беседин
,
Радиомир, 201
2
, №
4
, с. 1
5
Мне
отдали
аккумуляторы
от компьютерного
блока
бесперебой
ного
питания
(12
В
, 7,2
А
·
час
).
Один
из
двух
внешне
был
"
похож на
новый
" (
без
признаков
"
жест
кой
"
эксплуатации
).
Его
"
собрату
"
не
повезло
:
пластмассовый
корпус был
вспучен
,
что
свидетельство
вало
о
сильном
нагреве
изнутри
,
скорее
всего
,
из
-
за
короткого
за
мыкания
.
Да
лее автор статьи подробно описывает техпроцесс восстановления аккумуляторов.
Переделка компьютерного блока
питания
(
TL
494)
В
.
МЕЛЬНИЧУК
,
UR
5
YW
,
Радиомир, 201
2
, № 5, с. 18
-
20
см. также Радиохобби, 2012, № 1, с. 49
Если
на
наклей
ке
ИБП
было
написа
но
+12
V
/ 8
А
,
то
не
следует
пытаться
получить от
него
15
А
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Электронные предохранители
.
Обзор
Подготовил
В
.
Новиков
,
Радиомир, 201
2
, №
3
, с.
10
-
13,
№ 4, с.
9
-
12, № 5, с. 16
-
18
Главным
недостатком
плавких предохранителей
при
использова
нии
их
для
защиты
электрон
-
ных схем
является
инерционность
,
т
.
е
.
большое
время
срабатывания
,
в течение
которого
некоторые
эле
менты
схемы
успевают
выйти
из строя
.
Обеспечить
автоматическую защиту
устройства
и
одновременно повысить
ее
быстродействие
мож
но
за
счет
использования
электрон
-
ных
предохранителей
.
Схема
простейшего
ограни
чителя
тока
представлена
на
рис
.
1
.
Фактически
это
—
ста
билизатор
тока
на
полевом транзисторе
.
В
ограничителе
тока
нагрузки
(
рис
.
2
)
используются
бипо
ляр
-
ные транзисторы
с
коэффици
ентом
пере
дачи
потоку
не
менее
80...100.
Схема
еще
одного
ограничителя тока
приведена
на
рис
.
3а
.
На
рис
.
3б
приведена
схема
для защиты
потребителей
от
пере
-
нап
ряжения
в
низковольтных
цепях
.
В
качестве
устройства
защиты источников
питания
можно
исполь
зовать
электронный
предохрани
тель
(
рис
. 4
),
включаемый
между
ис
точником
и
нагрузкой
.
Электронный
предох
ранитель
(
рис
. 5
)
состо
ит
из
мощ
-
ного
коммутирующего
элемента
на
транзисторах
VT
3
-
VT
4,
токоизмерительного
рези
стора
R
2,
транзисторного
анал
ога
динистора
VT
1
-
VT
2
и
шунтирующе
го
транзистора
VT
5.
Предохранитель
собран
на
печат
ной
плате
,
чертеж
ко
то
рой
приведен на
рис
. 6
.
При
указанных
на
схеме номина
лах
деталей
предох
-
ранитель имеет
следующие
характерис
тики
:
-
номинальное
напряжение
пита
ния
—
12
В
;
-
номинальный
ток
нагрузки
—
1
А
;
-
ток
срабатывания
—
1,2
А
;
-
остаточное
напряжение
на
на
грузке
—
1,2
В
;
-
падение
напряжения
на
предох
ранителе
—
0,75
В
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Электронный
предохранитель
(
рис
. 7
)
содержит
мощный
транзис
тор
VT
2,
который
включен
в
мину
совый
провод
питания
,
два
стаби
лизатора
тока
на
полевых
транзис
торах
(
регулируемый
на
VT
1
и
не
регулируемый
на
VT
3)
и
пороговый элемент
—
ти
ристор
VS
1.
Ток
нагрузки
,
при
котором
будет сраба
тывать
предохранитель
,
мож
но
устанавливать
пере
менным
р
е
-
зистором
R
3
в
пределах
от
несколь
ких
десятков
миллиампер
до
5
А
.
После
устранения
неисправности в
нагрузке
предохранитель
приво
дится
в
исходное
состояние
кноп
кой
SB
1,
которая
при
замыкании контактов
обесточивает
тиристор
,
он
закрывается
,
a
VT
2
от
кры
-
вается
,
и
ток
поступает
в
нагрузку
.
Стабилизатор
напряжения
с
встро
енной
защитой
(
рис
. 8
)
позволяет
по
лучить
на
выходе
напряжение
,
регу
лируемое
в
пределах
от
0
до
17
В
.
Для
защиты
стабилизатора
от
превы
шения
тока
в
нагрузке
исполь
-
зован тиристор
VS
1
сдатчиком
тока
на
ре
зисторе
R
2.
При
увеличении
тока
на
грузки
тиристор
включается
и
шунти
-
рует
цепь
управления
транзистора
VT
1,
в
результате
чего
напряжение
на выходе
падает
до
нуля
.
Светодиод
HL
1
индицирует
срабатывание
защи
ты
.
Для
повторного
запуска
с
табили
затора
после
устранения
причин
пе
ре
-
грузки
следует
нажать
кнопку
SB
1
и
отключить
тиристор
.
Ток
защиты
в
зависимости
от сопротивления
R
2
можно
уста
новить
от
20
мА
до
1...2
А
.
На
пример
,
при
R
2=36
Ом
ток срабатывания
—
30
мА
,
при
R
2=4
Ом
—
0,5
А
.
Электронный
предохрани
тель
и
одновременно
стабили
-
затор
напряжения
показан
на
рис
. 9
.
На
транзисторах
VT
1
и
VT
2
собран
стабилизатор
на
пряжения
по
традиционной
схеме
,
однако
параллельно
стаби
литрону
VD
1
включен
релейный
кас
кад
на
транзисторах
VT
3...
VT
5
с
дат
чиком
тока
на
резисторе
Rx
.
При
уве
личении
тока
нагрузки
этот
каскад срабатывает
и
шунтирует
стабилит
рон
.
Напряжение
на
выходе
стабили
затора
падает
до
незначительной
ве
ли
-
чины
.
Для
разблокировки
схемы защиты
достаточно
крат
-
ко
временно нажать
кно
пку
SB
1.
Электронные
предохранители можно
выполнить
с
ис
-
пользовани
ем
мощного
полевого
транзисто
ра
в
качестве
ключа
(
рис
. 10
).
Ток срабатывания
защиты
определяет
ся
соо
т
но
-
шением
резистивных
элементов
и
зависит
,
в
первую
оче
редь
,
от
величины
сопроти
вления датчика
тока
Rs
,
включенного
пос
ледо
-
вательно
с
полевым
транзис
тором
VT
1.
Схема
устройства
на
основе
поле
вого
транзистора
серии
IRL
показа
на
на
рис
. 11
.
Предохранитель
вклю
чают
между
источником
питания
(
выключателем
)
и
нагрузкой
.
Он
ра
бота
ет
при
напряжении
от
5
до
20
В
и
токе
нагрузки
до
40
А
.
Полевой транзистор
VT
1

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
выполняет
одновре
менно
функции
электронного
клю
ча
и
датчика
тока
.
На
микросхеме
DA
1
пос
троен
компаратор
напряже
ния
,
на
микросхеме
DA
2
—
источ
ник
образцового
напряжения
(2,5
В
).
Сопротивление
ка
нала
открытого
транзистора
зави
сит
от
напряжения
на
его
выводах и
темпе
ратуры
корпуса
.
При
напря
жении
питания
более
5...6
В
оно
из
меняется
в
пределах
20...30%,
что вполне
допустимо
для
таких
уст
ройств
.
В
источниках
питания
,
сп
особ
ных
кратковременно
выдерживать
перегрузку
по
току
(
короткое
за
мыкание
выхода
),
применяются уст
-
ройства
пассивной
защиты
.
При
аварийном
режиме
они
опове
щают
о
нем
световой
или
звуковой сигнализацией
,
не
отключая
само
стоя
-
тельно
нагрузку
.
На
рис
. 13
представлена
схема
сиг
нализатора
на
светодиоде
.
Схема
сигнализатора перегрузки
на
миниатюр
ной
лампочке
нака
-
ли
ва
ния
показана
на
рис
. 14
.
Звуковой
сигнализатор
превыше
ния
потребляемого
тока
показан
на
рис
. 15
.
Схемы
защиты
радиоэлектронно
го
обор
удования
,
работающие
на
переменном
токе
,
обычно
бо
л
ее
сложны
и
получили
меньшее
распро
-
странение
.
Это
обусловлено
тем
,
что надежность
работы
полупровод
-
нико
вых
приборов
при
повышенных
на
пряжениях
сетевого
уровня
меньше
,
поскольку
случайный
бросок
напря
ж
ения
сети
,
например
,
при
переход
ных
процессах
,
может
легко
пробить переход
даже
самого
высо
ковольтно
го
полупроводникового
прибора
.
Полупроводниковый
предохрани
тель
(
рис
. 16
)
способен
защитить подключенную
электронную
схему
(
R
H
)
от перегрузки
по
т
оку
.
Предох
ранитель
можно
использовать
и
в цепях
постоянного
тока
.
Схема
стабилизатора
-
ограничи
теля
переменного
тока
представле
на
на
рис
.
17
.
Ток
нагрузки
можно
плавно
ре
гулировать
потенциометром
R
2
в пределах
от
нескольких
миллиам
пер
до
8
А
.
Огран
ичитель
тока
сетевой
нагруз
ки
показан
на
рис
.
18
.
Его
мощностные
характеристики
определяются только
типом
используемого
полево
го
транзистора
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Устройство
,
изображенное
на
рис
. 19,
предназначено
для
быстро
го
отключения
потребителей
энергии от
сети
,
е
сли
ток
в
цепи
превысит допустимую
величину
.
Д
анное
уст
ройство
можно
легко
и
точно
настро
ить
на
срабатывание
при
любом
токе в
диапазоне
0,1...10
А
.
Датчиком
тока
в
цепи
нагрузки является
самодельный
трансформатор
тока
Т
1.
В
отключенном
состоянии
схема мо
жет
находиться
долгое
время
,
и чтобы
вернуть
ее
в
исходное
,
необ
ходимо
нажать
кнопку
SB
1.
А
с
по
-
мощью
кнопки
SB
2
при
необходи
мости
нагрузку
можно
отключить вручную
.
Схему
электронного
предохрани
теля
можно
упростить
,
убрав
транс
форматор
тока
Т
1
и
включ
ив
вмес
то
его
обмотки
1
-
2
резистор
сопро
тивлением
0,2...0,3
Ом
и
диод
.
Со
противление
этого
резистора
под
бирается
под
нужный
ток
защиты
.
Но
в
этом
случае
схема
защиты
будет
работать
на
одной
полуволне сетевого
напряжения
,
что
снизит
ее быстродействие
пр
и
отключении нагрузки
.
Схема
еще
одного
предохрани
теля
,
способного
мгновенно
от
ключить
нагрузку
при
увеличении
потребляемого
ею
тока
выше
ус
тановленного
предела
,
показана на
рис
. 21.
Источники
информации
1.
http
://
www
.
chipinfo
.
ru
2.
http
://
www
.
g
-
r
-
x
.
ru
3.
http
://
nice
.
artip
.
ru
4.
http
://
www
.
selfteachers
.
ru
5.
http
://
radio
-
gl
.
narod
.
ru
6.
http://radiostorage.net
7.
http://tavr30.narod.ru
8.
http://www.mic
-
ron.ru
9.
http://www.radiosait.ru
10.
http://ivatv.narod.ru
11.
http://www.radiomaster.net
12.
http://www.selfteachers.ru
13.
http://samoucka.ru
14.
http://radioelectronica.ru

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Двухтактный
инвертор в
зарядном
устройстве
(
TL
555, 2
SC
2625)
В
.
КОНОВАЛОВ
,
А
.
ВАНТЕЕВ
,
А
.
АРТАМОНЕНКО
,
Радиомир, 201
2
, № 3, с. 13
-
16
Пр
едлагаемое
устройство
пред
назначено
для
зарядки
аккумулято
ров
автомобилей
.
Схема
выполнена
по
принципу
импульсно
го
инвертора
со
стабильным
напря
жением
заряда
.
Процесс
заряда аккумуляторов
максимально
авто
матизирован
.
В
устройстве
предусмотрена
защита
от
неверной
поляр
ности
подключения
аккумуляторов
,
короткого
замыкания
в
нагрузке
и превыше
-
ния
температуры
силовых элементов
.
Основные
характеристики
устройства
Напряжение
сети
,
В
220
Выходная
мощность
,
Вт
240
Напряжение
заряда
,
В
12,8...16,2
Максим
альный
ток
заряда
,
А
10
Время
заряда
,
час
2...5
КПД
, %
96
Частота
генератора
,
кГц
29
В
основу
устройства
положен двухтактный
полумостовой
импуль
сный
инвертор
,
управляемый
широтно
-
импульсным
генератором
на аналоговом
таймере
.
Устройство состоит
из
:
-
сетевого
двухзвенного
помехоподавляющего
фильтра
;
-
сетевого
выпрямителя
со
сгла
живающим
фильтром
и
защитой диодного
моста
;
-
силового двухтактного
инверто
ра
на
мощных
биполярных
транзи
сторах
;
-
усилителя
импульсного
тока
на биполярном
транзисторе
;
-
генератора
прямоугольных
им
пульсов
на
интегральном
таймере
;
-
аналогового
стабилизатора
на
пряжения
питания
;
-
усилителя
тока
ошибки
на
па
раллельном
стабилизаторе
напря
жения
;
-
усилителя
отрицательной
об
ратной
связи
;
-
цепи
защиты
и
индикации
на
грузки
;
-
датчика
температуры
перегре
ва
силовых
элементов
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Полумостовой инвертор
без
сквозного
тока
(
IRF
870
)
В
.
КОНОВАЛОВ
,
А
.
ВАНТЕЕВ
,
Радиомир, 201
2
, №
4
, с.
12
-
14
Недостатком
импульсных
инвер
торов
является
выход
из
строя
клю
чевых
транзисторов
пр
и
появлении сквозных
токов
во
время
их
комму
тации
.
Избежать
прохождения сквозных
токов
возможно
при
вве
дении
между
импульсами
управле
ния
ключевыми
транзисторами пауз
,
длитель
-
ность
которых
доста
точна
для
полного
переключения
(
открывания
одного
и
закрыв
ания другого
)
транзисторов
.
В
простых двухтактных
инверторах
добиться этого
сложно
,
но
можно
использо
вать
генераторы
импульсов
на
циф
ровых
(
часовых
)
микросхемах
.
Параметры
инвертора
Напряжение
сети
,
В
180...230
Выходное
напряжение
,
В
12...16
Максим
альный
ток
нагрузки
,
А
10
Максимальная
мощность
,
Вт
160
Частота
преобразования
,
кГц
23
КПД
, %
89
Устройство
состоит
из
:
-
сетевого
фильтра
помех
С
8
-
Т
2
-
С
12;
-
генератора
импульсов
со
счетчи
ком
на
цифровой
микросхеме
DD
1;
-
двухтактного
полумо
стового
уси
лителя
на
полевых
транзисторах
VT
1.
VT
2;
-
параметрического
источника
пи
тания
VD
1
-
R
10
-
СЗ
-
С
4;
-
цепи
стабилизации
выходного напряжения
с
оптронной
развязкой первичного
и
вторичного
напряже
ния
(
на
VU
1)
и
усилителя
сигнала рассогласования
(
на
пар
аллельном стабилизаторе
DA
1);
-
выпрямителя
выходного
напря
жения
на
диодной
сборке
VD
6;
-
выходного
фильтра
L
1
-
C
7
-
C
11.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Блок
питания
13,8
В
/10
А
.
Защищаемся...
(
IR
L
2505
)
В
.
БЕСЕДИН
,
Радиомир, 201
2
, №
5
, с.
14
-
15
Возвращаясь
к
напечатанному
в
Радиомир
№
3
/2008,
с
.
12
Сразу
после
публикации
статьи
к автору стали
поступать
вопросы
о
бло
ке
питания
(
БП
),
описанном
в
этой статье
.
По
этим
вопросам
и написана эта небольшая
заметка
.
Выходное
напряжение
БП
достаточ
но
стабильно
,
но
напряжение
на
са
мой
н
агрузке
зависит
от
сопротивле
ния
соединительных
проводов
.
Пред
ставим
,
что
сопротивление
соедини
тельных
проводов
,
а
оно
складывает
ся
из
сопротивлений
обеих
шин
("+"
и
"
-
"),
равно
0,1
Ом
.
При
токе
30
А
на проводах
"
упадет
" 3
В
,
и
это
падение будет
напрям
ую
зависеть
от
потреб
ляемого
в
данный
момент
тока
.
Так что
говорить
про
хорошую
стабилиза
цию
напряжения
на
нагрузке
уже
не
приходится
.
Увеличение
сечения
под
водящих
проводов
,
конечно
,
уменьша
ет
падение
напряжения
на
них
,
но
до конца
проблему
не
решает
.
Снизить
"
болтанку
"
напряжения можно
,
если
включить
сопро
-
тивле
ния
соединительных
проводов
в
ком
пенсационную
часть
схемы
стабили
затора
.
При
этом
соединение
БП
с
на
грузкой
следует
производить
4
-
проводной
линией
.
Дополнительные
про
вода
могут
иметь
небол
ьшое
сечение
,
поскольку
по
ним
текут
лишь
не
большие
токи
управления
.
Один
до
полнительный
провод
подключается к
точке
соединения
конденсатора
С
2
и
резистора
R
6
(
рис
. 2),
второй
про
вод
—
к
выводу
резистора
R
5.
Дру
г
и
е
концы
дополни
тельных
проводов подклю
чаются
к
клеммам
нагрузки вместе
с
питающими
шинами
.
В
этом
случае
напряжение
на
вы
ходе
стабилизатора
возрастает
(
на величину
падения
напряжения
в проводах
),
и
потребуется
соответ
ствующее
увеличение
его
входного напряжения
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Фазовый
регулятор
мощности
(
BT138
)
Подготовил
В
.
Новиков
,
Радиомир, 201
2
, № 5, с. 22
http
://
kravitnik
.
narod
.
ru
Предлагаемый
фазовый
регулятор можно
использовать
для
регулировки напряжения
на
любых
активных
на
грузках
,
работающих
от
сетевого
на
пряжения
(
лампах
накаливания
,
элек
-
тропаяльниках
,
электроплитах
,
элект
ронагревательных
приборах
и
т
.
д
.).
Регулировка
выходного
напряже
ния
производится
в
широких
преде
лах
(
практически
от
0
до
100%).
При настройке
схемы
может
потребовать
ся
подбор
номиналов
R
5
и
С
1
для
по
лучения
нео
бходимого
диапазона
регулировки
выходного
напряжения
.
Защита
низковольтных
ламп
(
IRLZ34N)
П
.
БОБОНИЧ
,
Радиомир, 201
2
, №
6
, с.
16
Ochrana
zarovek
.
—
Prakticke
elektronika
, 2010.
№
5, S.28.
При
включении
уст
ройства
через
резистор
R
1
заря
-
жает
ся
конденсатор
С
1.
Напряже
ние
на
затворе
тран
-
зистора
VT
1
растет
и
,
достигнув
порога
вклю
чения
,
открывает
его
.
На
лампу
EL
1
поступает
практически
полное напряжение
питания
,
поскольку падение
напряжения
на
открытом
VT
1
мало
.
Лампа
плавно
зажигает
ся
,
так
как
ток
через
нее
(
во
время открывания
VT
1)
возрастает
посте
пенно
.
При
отключении
конденсатор
С
1
быстро
разряжается
через
диод
VD
1
и
резистор
R
2,
подготавливая
схе
му
к
следующему
включению
.
Схема
с
указанными
номинала
ми
элементов
предназначена
для
работ
ы
с
лампой
,
рассчитанной
на рабочее
напряжение
до
20
В
.
При больших
напряжениях
необходимо параллельно
конденсатору
С
1
включить
стабилитрон
с
напряже
нием
стабилизации
15...18
В
.
Это связано
с
тем
,
что
на
затвор
тран
зистора
MOSFET
должно
посту
пать
напряж
ение
не
выше
20
В
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Светодиодные
ламп
ы
(TPS5430DDA, МР3204, TPS40200D)
А. КАШКАРОВ
,
Радиомир, 201
2
, №
6
, с. 11
-
13
Одно
из
основных
применений светодиодных
ламп
(
СЛ
)
сегодня
—
замена
существующих
ламп накаливания
.
Учитывая
широкую гамму
выпуск
аемых
светодиод
ных
ламп
,
для
замены
можно
подобрать
такую
модель
,
которая
не
потребует
каких
-
либо конструктивных
доработок
арма
туры
.
Простая
схема
питания
С
Л
(
одно
-
или
многодиодной
)
от
сети по
бестрансформаторному
прин
ципу
показана
на
рис
.
6.
При
питании
СП
от
аккуму
-
лятор
ной
батареи
,
напряжение
которой в
процессе
эксплуатации
посте
пенно
уменьшается
,
яркость
излу
чения
светодиодов
будет
изме
-
няться
в
широких
пределах
.
Что
бы
избежать
этого
,
необходимо питать
лампу
стабилизированны
м током
,
номинальным
для
данно
го
типа
.
Для
питания
лучше
всего исполь
-
зовать
интегральные
им
пульсные
регуляторы
(
преобразо
ватели
постоянного
напряжения
),
которые
выпускаются
многими
ве
дущими
производителями
.
В
общем
случае
существуют
три
вида
схем
прео
бразователей
:
повышающие
,
понижающие
и
комби
нированные
.
Для
примера
,
на
рис
.
7
приведена
схема
пони
-
жающего преобразователя
,
на
рис
.
8
—
по
вышающего
,
а
на
рис
.
9
—
комби
нированного
.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Восстановление свинцовых аккумуляторов
(
BT
13
9,
LT
817
)
В
.
КОНОВ
АЛОВ
,
А
.
РАЗГИЛЬДЕЕВ
,
А
.
ВАНТЕЕВ
,
Радиомир, 201
2
, №
6
, с.
14
-
16
Как
показывает
практика
,
аккуму
ляторы
заметно
теряют
свои
свой
ства
(
сульфатируются
)
после
2
-
3
лет
эксплуатации
на
современном автотранспорте
.
Причины
снижения их
качества
—
отсутствие
профи
лактических
работ
по
восстановле
нию
пластин
.
Для
оценки
качества
аккумулято
ра
можно
считать
,
что
его
ток
раз
ряда
в
течение
10
часов
примерно равен
емкости
аккумулятора
.
Если
напряжение
при
разряде
упало
до
1,92
В
н
а
элемент
раньше
чем
за
10
час
,
то
и
емкость
аккумулятора соответственно
меньше
.
Зарядно
-
восстановительное
уст
ройство
,
выполнен
ное
по
схеме
на
рис
.
1
,
восстанавливает
аккумулято
ры
от
КАМАЗа
емкостью
240
А
·
час за
12
часов
при
токе
заряда
5
А
.
Технические
характеристики
Напряжение
се
ти
,
В
220
Выходное
напряжение
,
В
24
Длительность
зарядного
импульса
,
мс
2...5
Длительность
разрядного
импульса
,
мкс
1...3
Мощность
трансформатора
,
Вт
120

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Доработка
ЗУ
(
TL
431
)
В
.
ЕФРЕМОВ
,
Ю
.
ШАПУРИНА
,
Радиомир, 201
2
, №
6
, с. 17
-
18
При
п
ользовании
ЗУ
"
Hi
-
Watt
HWBC
025"
выяснилось
,
что
акку
-
муляторы
за
ряжаются
очень
плохо
.
Трансфор
матор
ЗУ
в
процессе
работы
очень сильно
разогревается
.
Разобрав устройство
,
по
плате
восстановили схему
(
рис
.
2).
Проанализировав
ее недостатки
,
разработали
др
угую
(
рис
.
3).
В
той
части
,
которая
пред
назначена
для
заряда
АБ
типа
АА
,
нет
ничего
необычного
:
добавился диодный
мост
VD
3...
VD
6
и
элект
ролитический
конденсатор
СЗ
.
На
пряжение
,
снимаемое
с
верхнего по
схеме
плеча
вторичной
обмот
ки
,
—
4,9
В
.
Для
снижени
я
нагрева
трансфор
матора
решили
установить
в
цепи
первичной
обмотки
два
резистора
(
R
1
и
R
3
сопротивлением
5,1
Ом
,
0,5
Вт
).
Это
дало
желаемый
эф
фект
:
трансформатор
стал
греться
значительно
меньше
.
Что
касается
той
части
схемы
,
которая
пред
-
назначена
для
з
аря
да
аккумулятора
типа
"
Крона
",
здесь
разработана
собственная схема
,
задача
которой
—
обеспе
чить
стабильный
режим
зарядки
.
За
основу
взята
схема
из
[1].
В
по
лученной
схеме
ток
25
мА
и
на
пряжение
9,7
В
были
постоянны
ми
в
течение
всего
процесса
за
-
рядки
.
Литература
1.
В
.
Лазовик
.
Автоматическое смещение
в
РА
.
—
Радиохобби
, 2004,
№
5,
С
.42.

РАД
ИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Формирователь
отрицательного
напряжения
(
КП505
)
А. ОЗНОБИХИН,
Радиомир, 201
2
, №
6
, с. 19
-
20
Предлагаемый
формирователь отрицательного
напряжения
(
ма
ломощный
инвертор
напряжения
—
МИН
)
позволяет
получить
ста
билизированное
напряжение
от
рицательной
полярности
(
-
9
В
)
с выходным
током
не
более
100
мА от
источника
+9
В
.
Отличительные особенности
формирователя
—
использование
простого
задаю
щего
генератора
(
на
1/4
ИМС К
561
ТЛ
1)
и
токового
ключа
на
по
левом
транзисторе
с
сопротивле
нием
открытого
канала
доли
ома
.
Частота
задающего
генера
тора
не
критична
и
выбирается
ис
ходя
из
конкретных
требований
к устройству
(
минимального
воз
действия
помех
от
формировате
ля
на
р
аботу
самого
устройства
).
В
разных
формирователях
исполь
зуется
частота
генератора
50
Гц
, 18
или
25
кГц
.
Выходной
ток
уста
-
навливается
подстроенным
рези
стором
R
2.
В
верхнем
(
по
схеме
)
положении
движка
R
2
выходной ток
минимален
.
Литература
1.
IL
7660
CN
—
КМОП
преобразо
ватель
напряжения
питания
.
—
Радиомир
, 2007,
№
11,
С
.51.
2.
А
.
Гончаренко
.
Формирова
тель
напряжения
отрицательной полярности
.
—
Радио
, 1998,
№
12,
С
.29.
3.
Источник
отрицательной
по
лярности
.
—
Радио
, 1997,
№
4,
С
.55.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Материал подготовлен и публикуется с разрешения журнала «Радиохобби»
Блок питания для лампового усилителя воспроизведения
(
IRFB
40
)
Радиохобби
, 201
2
, № 1,
с
.
28
-
29
Михаил Стец,
Elektronika
dla
Wszystkich
,
№
2/2012,
с
. 58
-
59
С
анодной
230
-
вольтов
ой
обмот
ки
сетевого
трансформатора
,
который
на схеме
не
показан
,
напряжение
выпрям
ляется
диодным
мостом
М
2
и
через
ак
тивный
сглаживающий
фильтр
на
мощ
-
ном
высоковольтном
МОП
транзисторе Т
2 (
его
монтируют
на
штыревом
радиа
торе
)
поступает
на
раз
ъ
ем
J
2.
П
римене
ние
активного
сглаживающего
фильтра в
данном
случае
является
более
эф
-
фек
тивным
,
чем
пассивных
CLC
звеньев
,
т
.
к
.
достигаются
меньшие
габариты
,
а
глав
ное
-
отсут
-
ствуют
дроссели
,
наводящие на
магнитную
головку
воспроизведения значительные
помехи
.
Д
алее
анодные
320
В
через
индивидуальные
для
каждой лампы
RC
фильтры
поступают
в
анодные цепи
.
Напряжение
накала
6,3
В
формиру
ется
выпрямителем
на
мостике
М
1
с
ин
тегральным
стаби
ли
-
за
то
ром
U
1 (
его
ох
лаждают
небольшим
пластинчатым
ра
диатором
)
из
9
-
во
льтового
переменно
го
напряжения
накальной
вторичной
об
мотки
.
Питание
накала
всех
ламп
посто
янным
током
позво
-
ляет
минимизировать низкочастотный
фон
(
ахиллесову
пяту многих
чувствительных
ламповых
уст
ройств
).
С
этой
же
целью
на
нити
нака
ла
по
отношению
к
катодам
триодов
по
дается
часть
постоянного
анодного
на
пряжения
положительной
полярности
(82
В
),
формируемая
парам
е
т
ри
-
ческим
ста
билизатором
R
1
D
4
C
3
C
8.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Переделка
компьютерного
блока
питания
для радиолюбительских
целей
(
TL
494)
Василий
Мельничук
(
UR
5
YW
),
Ра
диохобби
, 201
2
, № 1,
с
.
49
В
этой
статье
хотелось
поделиться
еще
одним
вариантом переделки
компьютерных
импульсных
блоков
питания
(
далее
-
ИБП
)
для
радио
люби
-
тельских
целей
.
Итак
,
в
интернете
об
наружена
схема
модерни
зации
компьютерного
ИБП
Roberto
Chi
rio
,
с
управляю
щей
микросхемой
TL
494.
Особенностью схемы
является
стабилизация
напряжения
и
тока
.
Данное
устройство
можно
использовать
как
лабораторный
блок
питания
,
так
и
заряд
ное
устройство
для
аккумуляторов
.
В
последнем
случае
ре
зистором
R
10
надо
в
ыставить
конечное
напряжение
для
за
-
ряженного
аккумулятора
(
например
14,2
В
для
автомобиль
ного
кислотного
аккумулятора
),
подключить
нагрузку
и
выс
тавить
резистором
R
4
ток
заряда
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Блок питания для
лампового УМЗЧ
(
BUZ
80)
Радиохобби
, 201
2
, №
2
,
с
.
20
-
22
Жан
Луи
Вандерслеен
, Eectronique Pratique,
№
4/2012,
с
. 45
-
56
Здесь
сетевой
транс
форматор
Hammond
372
JX
габаритной мощностью
240
ВА
имеет
н
акальную
об
-
мотку
6,3
В
и
анодную
600
В
с
отводами от
середины
,
а
также
специальный
от
вод
50
В
для
выпря
мителя
D
86
C
87
фик
сированного
смещения
-
70
В
.
Анодный
выпрямитель
выполнен
на
диодном
мо
сте
В
80 (600
В
,
1,5
А
)
со
сглаживающим фильтром
C
79
L
1
C
80,
с
кото
-
рого
через плавкий
предохранитель
F
81
напряже
ние
-
420
В
подается
на
аноды
выходных тетродов
.
Напряже
ние
-
350
В
на
их
эк
ранирующие
сетки
фор
-
ми
руется
транзи
сторным
(
Q
80,
Q
81)
высоковольт
ным
ста
билизатором
,
а
анодное
-
300
В
для драйверов
,
фазоинвертора
и
входного каскада
дополнительно
сглаживается фильтром
R
85
C
85.
Делитель
R
86/
R
87
формирует
постоянну
ю
«подпорку»
+52
В
на
нитях
накала
всех
ламп
с
тем
,
что
бы
предотвратить
фон
.
Светодиоды
LP
1
и
LP
2
подсвечивают
шкалы
стре
-
лочных индикаторов
уровня
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Зарядное
устройство
для
ли
тий
-
ионных аккумуляторов
(
LT
1014
)
Радиохобби
, 201
2
, №
2
,
с
.
20
-
22
Russell
Kincaid
,
Nuts
&
Volts
,
№
3/2012,
с
. 23
-
24
О
писанное
ЗУ
обеспечивает штатную
процедуру
заряда
от
одного до
шести
(
соответствующее
число
уста
навливается
переключателем
SW
2)
ли
тий
-
ионных
аккумуляторов
:
сначала
по
стоянным
током
(
от
125
мА
до
ЗА
,
выби
рае
тся
переключателем
SW
1)
до
напря
жения
4
В
на
одном
аккуму
-
ляторе
,
затем фиксированным
напряжением
до
того момента
,
как
зарядный
ток
уменьшится до
7%
начального
значения
.
После
это
го
заряд
прекращается
,
а
устройство
пе
реходит
в
следящий
режим
,
включаясь
только
в
том
случае
,
если
напряжение
на аккумуляторе
снизится
ниже
3,6
В
.
Пока
напряжение
на
одном
аккумулято
ре
меньше
4
В
,
на
выходе
компаратора сформирован
низкий
уровень
напряже
ния
,
через
резистор
R
2
отпирающий
Q
1
в
той
мере
,
насколько
это
ему
по
зволя
ет
Q
2,
т
.
е
.
обеспечивающий
режим
по
стоянного
тока
заряда
.
Как
только
напря
жение
на
аккумуляторе
достигнет
поро
гового
уровня
,
дальнейшее
повышение напряжения
на
выходе
IC
1
C
приведет
к возрастанию
напряжения
на
выходе
IC
1
B
и
призапиранию
Q
1
по
цепи
затвора
.
То есть
начнет
работу
петля
авторегулиро
вания
напряжения
на
аккумуляторе
,
в которую
входят
IC
1
D
,
IC
1
C
,
IC
1
B
и
Q
1,
устройство
перейдет
в
режим
заряда фиксированным
напряжением
,
а
яркость
свечения
красного
светодиода
D
3
нач
нет
уменьшаться
.
Продолж
аться
такой режим
будет
до
тех
пор
,
пока
ток
заря
да
не
уменьшится
до
7%
начального
,
при этом
IC
1
А
перейдет
в
состояние
с
высо
ким
выходом
,
диод
D
1
откроется
и
че
рез
резистор
R
5
перебросит
IC
1
B
в
со
стояние
с
высоким
выходом
,
благодаря чему
транзистор
Q
1
закроется
,
заряд прекратится
,
а
зеленый
светодиод
сво
-
им
свечением
оповестит
об
этом
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
«
К
онсерватор»
свин
цовых
аккумуляторов
(
ATtiny15
)
Радиохобби
, 2012, № 2,
с
. 20
-
22
Jan Zima
,
Prakticka elektronika. Amaterske radio,
№
2/2012,
с
. 21
-
24
Устройство
обеспечивает
непрерывный
цикл
подзаряда
12
-
вольтового
аккумулятора
малым
пульси
рующим
током
до
достижения
напряже
ния
14
В
,
последующего
разряда
малым током
до
спада
напряжения
до
13,75
В
,
снова
подзаряда
и
т
.
д
.
Такой
цикл
при
водит
к
постепенному
пре
-
вра
щению крупных
зерен
в
мелкозернистую
струк
туру
,
а
незасульфатированные
аккумуля
-
торы
просто
поддерживает
непрерывно в
заря
-
женном
кондиционно
безупречном состоянии
.
Ядром
«
консерватора» является
микроконт
-
роллер
IC
2,
задающий
следующий
цикл
: 25
секунд
по
дзаряд
пульсирующим
то
ком
0,8
А
(
задается
резисторами
R
20
A
-
R
20
D
), 1
секунда
паузы
для
замера
на
пряжения
на
аккумуляторе
в
свободном состоянии
через
порт
РВ
2
встроенным АЦП
микроконтроллера
,
дальнейший подзаряд
25
с
,
замер
и
т
.
д
.
до
тех
пор
,
пока
напряже
ние
не
достигнет
верхнего порогового
уровня
14
В
.
Далее
включа
ется
цикл
разряда
током
1
А
(
его
можно изменять
резисторами
R
21
A
-
R
21
C
)
в
течение
10
секунд
, 1
секунда
паузы
на измерение
, 10
секунд
разряд
,
измерение и
т
.
д
.
до
достижения
нижней
границы
13,75
В
.
Далее
повторяется
цикл
заряда и
т
.
д
.
hex
-
файл
прошивки микроконтроллера
доступен
в
архиве
http
://
www
.
aradio
.
cz
/
programs
/1202
-
konzervator
.
zip

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Преобразователь
с
чисто
синусоидальной
фор
мой
выходного
напряжения
и
коррек
тором
коэффициента
мощности
Радиохобби
, 2012, № 2,
с
.
31
-
32
Michael
Kiwanuka
,
Elektor
, №
10/ 2011,
с
. 68
-
70
Максимальная
мощность
на
грузки
описанного
устрой
ства
100
Вт
.
Триггер
Шмитта
на
ОУ
IC
6
C
преобразу
ет
однополяр
-
ную
ВЧ
несущую
в
симмет
ричный
меандр
,
который
интег
-
рируетс
я в
треугольный
и
смешивается
с
НЧ
си
нусоидой
50
Гц
в
каскаде
на
ОУ
IC
6
D
.
Далее
следует
компаратор
IC
13,
выпол
няющий
функции
широтно
-
импульсного модулятора
,
и
полумостовой
драйвер
IC
14,
коммутирующий
противофазно
МОП
-
ключи
Т
2
-
Т
5.
Эквивалентная
ин
дуктив
ность
вторичной
обмотки
(
по
-
ряд
ка
9,5
Гн
)
одновременно
выполняет
фун
кции
кор
ректора
коэффициента
мощно
сти
для
энергосберегающих
ламп
,
име
-
ющих
емкостной
характер
внутреннего сопротивления
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Самодельная
солнечная
батарея
Андрей
Студенев
,
Радиохобби
, 2012, № 2,
с
.
57
-
58
Данная
батарея
должна
служить автономным
источником
для
питания
маломощных
радиолюби
тельских
конструкций
.
В
качестве
фотоэлемента
можно
использовать
диоды
,
тран
зисторы
,
и
другие
полупроводники
,
у
которых
удастся
открыть
p
-
n
перехо
д
,
и
он
будет
достаточной
площади
.
Для
того
,
чтобы
превратить
диод
в
источник
фототока
,
не
обходимо
аккуратно
добраться
до
кристалла
полупро
-
водника
,
чтобы
на
p
-
n
переход
мог
интенсивно
попадать
солнечный
свет
.
Транзисторы
также
могут
служить
фото
электрич
ескими
преобразователями
.
Для
этой
цели
достаточ
но
удалить
их
непрозрачную
оболочку
.
Следует
помнить
о
необходимости
соблюдения
температур
ного
режима
солнечной
батареи
,
то
есть
оберегать
ее
от
пере
грева
на
солнце
.
При
нагреве
кристалла
полупровод
ника
на
каж
дый
последующий
градус
Цельсия
,
начиная
от
25,
он
начинает терять
в
своём
напряжении
около
0,002
В
,
то
есть
примерно
0,4 %
на
градус
.
В
погожий
солнечный
день
кристалл
и
собственно р
-
n
переход
может
нагреваться
до
температуры
40
-
80
°С
,
при этом
температурном
воздействии
происходит
потеря
в
сред
нем
0,06...0,09
В
на
каждом
элементе
,
входящем
в
состав
сол
нечной
батареи
.
Это
одна
из
важнейших
причин
снижения
КПД полупроводников
самодельной
солнечной
батареи
.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Монитор потребляемой мощности
(
TL
C
2
72
)
Радиохобби
, 2012, № 3,
с
. 36
-
37
Ton Giesberts
,
Elektor
,
№
5/2012,
с
. 66
-
67
Напряжение с
5
-
ваттных
резисторов
R
1,
R
2
малого сопротивления
(0,1/2 = 0,05
Ом
)
-
дат
чиков
тока
нагрузки
,
включенных
в
раз
рыв
сетевой
нейтрали
N
,
подается
на
двухполупериодны
й
выпрямитель
на
ОУ
IC
1
А
.
Для
положительных
полуволн
диод
Шоттки
D
1
запирается
отрицательным
напряжением
на
выходе
ОУ
и
конденса
тор
С
1
заряжается
через
R
3
R
4
R
5,
а
для отри
-
цательных
-
прямосмещенный
D
1
замыкает
выход
ОУ
с
общей
точкой
R
4
и
R
5,
обес
-
печивая
работу
ОУ
как
инвер
тора
с
коэф
-
фициентом
передачи
-
R
4/
R
3 =
-
1
и
конден
-
сатор
С
1
опять
заряжается через
R
5.
Таким
образом
,
напряжение на
конденсаторе
соответствует
средневыпрямленному
зна
-
чению
,
а
его
величи
на
для
мощности
нагрузки
25
Вт
, 75
Вт
и
150
Вт
соответст
-
венно
5
мВ
, 15
мВ
и
30
мВ
.
УПТ
на
ОУ
IC
1
В
выполняет
усиление этого
напряжения
до
порогового
(
при
мерно
0,65
В
),
необходимого
для
откры
вания
эмиттерного
перехода
транзисто
ра
ТЗ
,
коммутирующего
первую
(
ниж
нюю
в
конструкции
реального
столбика
)
тр
иаду
светодиодов
D
11
-
D
13.
Делители напряжения
R
10
R
11
R
8
R
9
обеспечива
ют
открывание
Т
2
и
Т
1
при
дальнейшем
повышении
напряжения
на
выходе
IC
1
B
до
соответственно
1,9
и
3,8
В
,
вызывая свечение
триад
D
8
-
D
10 (
средней
)
и
D
5
-
D
7 (
верхней
).
Диоды
Шоттки
D
3
D
4
га
сят
нижнюю
триаду
при
включении
сред
ней
или
верхней
,
a
D
2
гасит
среднюю при
включении
верхней
.
Питается
мони
тор
от
сети
через
минигабаритный сверхмаломощный
(0,35
ВА
)
трансфор
матор
TR
1,
выпрямитель
В
1
и
интег
-
раль
ный
стабилизатор
IC
2.

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ




ÑÕÅÌÛ
ÐàäèîËîöìàí – ÿíâàðü 2012
Kevin Tompsett, Analog Devices
Ðèñóíîê 1. Ðàçðàáîòàííàÿ ñ ïîìîùüþ ADIsimPower ñõåìà óïðàâëÿåò
èñòîêîì âíåøíåãî MOSFET òðàíçèñòîðà, èñïîëüçóÿ âíóòðåí-
íèé òðàíçèñòîð ìèêðîñõåìû.
COMP
FB
RT
EN
IN
GND
SW
SS
ADP1613ARMZ-R7
10 pF
5600 pF
30.1k
3.09k
118k
ÐÀÇÐÅØÅÍÈÅ
2.2 μF
10 nF
953
D1
5.1 Â
60Â
1À
48Â/100ìÀ
1μF
V =11–14 Â
IN
2.2 μF
Q2
òîðà, ïèòàþùåãî ìèêðîñõåìó íàïðÿæåíèåì 5
Íåäîðîãèå ïîâûøàþùèå ïðåîáðàçîâàòåëè
 è, îäíîâðåìåííî, íà òàêîå æå íàïðÿæåíèå
ñ âíóòðåííèìè ñèëîâûìè ÌÎÏ êëþ÷àìè ïðè
ñìåùàåò çàòâîð âíåøíåãî ïîëåâîãî òðàíçèñ-
íèçêèõ âûõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ õîðîøî ðàáî-
òîðà Q . Âíóòðåííèé òðàíçèñòîð Q ìèêðîñõå-
òàþò â ëþáîé êîíôèãóðàöèè: îáû÷íîé, SEPIC
2
1
è îáðàòíîõîäîâîé. Ïðè áîëåå âûñîêèõ íàïðÿ-
ìû âêëþ÷åí êàñêîäíî ñ âûñîêîâîëüòíûì âíåø-
æåíèÿõ ðàçðàáîò÷èêè, êàê ïðàâèëî, èñïîëüçó-
íèì òðàíçèñòîðîì. Q âêëþ÷åí ïî ñõåìå ñ
2
þò ëèáî êîíòðîëëåð ñ âíåøíèì ÌÎÏ òðàíçèñ-
îáùèì çàòâîðîì, è óïðàâëÿþùèå èìïóëüñû ñ
òîðîì, ëèáî âûñîêîâîëüòíûé ïîâûøàþùèé
âûõîäà ìèêðîñõåìû ïîäàþòñÿ íà åãî èñòîê.
ïðåîáðàçîâàòåëü. Îáà âàðèàíòà óâåëè÷èâàþò
ñòîèìîñòü êîíñòðóêöèè.
Âìåñòî ýòîãî ïðåäëàãàåò-
ñÿ ýëåãàíòíîå è ìåíåå
çàòðàòíîå ðåøåíèå (Ðèñó-
íîê 1). Íà îñíîâå ìèêðîñ-
õåìû ADP1613 ïîâûøàþ-
ùåãî DC/DC êîíâåðòåðà ñ
âíóòðåííèì ñèëîâûì êëþ-
÷îì, ðàññ÷èòàííîé íà ìàê-
ñèìàëüíîå âûõîäíîå
íàïðÿæåíèå 20 Â ïðè ïèêî-
âîì òîêå 2 À, ñäåëàí ïðå-
îáðàçîâàòåëü, îòäàþùèé â
íàãðóçêó 100 ìÀ ïðè
íàïðÿæåíèè 48 Â è íàè-
áîëüøåì ÊÏÄ 86% (Ðèñó-
íîê 2). Ñòàáèëèòðîí D1
âûïîëíÿåò ôóíêöèþ
ïàðàëëåëüíîãî ñòàáèëèçà-

ÑÕÅÌÛ
Ðèñóíîê 2. Àðõèòåêòóðà ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé íàïðÿæåíèÿ ADP1612/AD1613.
ÑÕÅÌÀ
ÌßÃÊÎÃÎ
ÑÒÀÐÒÀ
TSENSE
TREF
DREF
UVLOREF
ÊÎÌÏÀÐÀÒÎÐ
ÄÀÒ×ÈÊÀ
ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÛ
ÊÎÌÏÀÐÀÒÎÐ
ÄÅÒÅÊÒÎÐÀ
ÏÅÐÅÍÀÏÐßÆÅÍÈß
ÊÎÌÏÀÐÀÒÎÐ
ØÈÌ
D
ÊÎÌÏÀÐÀÒÎÐ
1.1M
AGND
ÑÁÐÎÑ
ÓÑÈËÈÒÅËÜ
ÎØÈÁÊÈ
VBG
5μA
1
8
3
2
S
R
Q
Q1
ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ
ÈÎÍ
6
ÄÐÀÉÂÅÐ
7
AGND
GND
VIN
4
5
ÓÑÈËÈÒÅËÜ
ÄÀÒ×ÈÊÀ
ÒÎÊÀ
ADP1612/AD1613
VIN
VIN
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
VSS
5μA
S
+
+
EN
SS
COMP
FREQ
SW
FB
Q1
Ïðè âêëþ÷åíèè âíóòðåííåãî òðàíçèñòîðà
ïîêà íå çàêðîåòñÿ âíåøíèé òðàíçèñòîð. Âî
óçåë V ñîåäèíÿåòñÿ ñ «çåìëåé» (Ðèñóíîê 3), à
âñåõ öèêëàõ ðàáîòû íàïðÿæåíèå íà Q íå ïðå-
X
1
íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå âûñîêîâîëüòíîãî òðàí-
âûøàåò íàïðÿæåíèÿ íà çàòâîðå âíåøíåãî òðàí-
çèñòîðà îñòàåòñÿ ïîñòîÿííûì, â ðåçóëüòàòå
çèñòîðà çà âû÷åòîì åãî ïîðîãîâîãî íàïðÿæå-
÷åãî ïîñëåäíèé îòêðûâàåòñÿ. Ñîïðîòèâëåíèå
íèÿ. Âûêëþ÷åíèå, ñêîðîñòü êîòîðîãî ïðîïîð-
èãðàþùåãî ðîëü äðàéâåðà çàòâîðà âíóòðåííå-
öèîíàëüíà ïèêîâîìó òîêó äðîññåëÿ, ïðîèñõî-
ãî òðàíçèñòîðà íåâåëèêî, ïîýòîìó ïåðåêëþ÷å-
äèò íå ñòîëü áûñòðî, íî ïðè ïðàâèëüíîì âûáî-
íèå ïðîèñõîäèò áûñòðî è ñ ìèíèìàëüíûìè
ðå Q ýòîãî òîêà âïîëíå äîñòàòî÷íî, ÷òîáû
2
ïîòåðÿìè. Êîãäà âíóòðåííèé òðàíçèñòîð
îáåñïå÷èòü è ïðèåìëåìîå âðåìÿ ïåðåêëþ÷å-
âûêëþ÷àåòñÿ, ïîòåíöèàë óçëà SW çà ñ÷åò òîêà
íèÿ, è íèçêèå ïîòåðè, äàæå ïðè íåáîëüøîé
äðîññåëÿ íà÷èíàåò ïîâûøàòüñÿ äî òåõ ïîð,
íàãðóçêå. Ñóììàðíàÿ ñòîèìîñòü âñåõ êîìïî-
ÐàäèîËîöìàí – ÿíâàðü 2012

ÑÕÅÌÛ
ÐàäèîËîöìàí – ÿíâàðü 2012
Ðèñóíîê 3. Êàñêîäíîå âêëþ÷åíèå òðàíçèñòîðîâ
îáåñïå÷èâàåò áûñòðîå ïåðåêëþ÷å-
íèå, ìàëûå ïîòåðè è âîçìîæíîñòü
ïîëó÷åíèÿ âûñîêèõ âûõîäíûõ íàïðÿ-
æåíèé.
VIN
VG
VSN
VX
VOUT
ÒÎÊ ÓÏÐÀÂËÅÍÈß
ÇÀÒÂÎÐÎÌ
ÏÐÈ ÇÀÊÐÛÒÎÌ
ÂÍÓÒÐÅÍÍÅÌ
ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÅ
ÍÈÇÊÎÂÎËÜÒÍÛÉ
ÂÍÓÒÐÅÍÍÈÉ
MOSFET
ÂÛÑÎÊÎÂÎËÜÒÍÛÉ
MOSFET
ÒÎÊ ÓÏÐÀÂËÅÍÈß
ÇÀÒÂÎÐÎÌ
ÏÐÈ ÎÒÊÐÛÒÎÌ
ÂÍÓÒÐÅÍÍÅÌ
ÒÐÀÍÇÈÑÒÎÐÅ
Ðèñóíîê 4. Ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ õîðîøî
ñîâïàäàþò ñ èçìåðåíèÿìè ÊÏÄ, ïðî-
âåäåííûìè íà ðåàëüíîé ñõåìå.
ÈÇÌÅÐÅÍ.
ÂÛÕÎÄÍÎÉ ÒÎÊ (À)
ÊÏÄ (%)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
ÌÎÄÅËÜ
ADIsimPower, áåñïëàòíî ðàñïðîñòðàíÿåìîãî
êîìïàíèåé Analog Devices. Ðèñóíîê 4 äåìî-
íåíòîâ äëÿ îäíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ â ïàðòèè
íñòðèðóåò õîðîøåå ñîâïàäåíèå ðåçóëüòàòîâ
1000 øò. íå ïðåâûøàåò $2.
ìîäåëèðîâàíèÿ ñ èçìåðåíèÿìè ÊÏÄ, ïðîâå-
äåííûìè íà ðåàëüíîé ñõåìå.
Ñõåìà áûëà ðàçðàáîòàíà è ñìîäåëèðîâàíà
ñ èñïîëüçîâàíèåì ñðåäñòâà ïðîåêòèðîâàíèÿ

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
ÑÒÀÒÜÈ
 ïîñëåäíåå âðåìÿ ðàçðàáîòêîé íåòðàäè-
êîçà, ìåòàáîëè÷åñêèå ðåàêöèè) è äðóãèå
öèîííûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, èñïîëüçóþùèõ
èñòî÷íèêè. Ñâîáîäíàÿ ýíåðãèÿ, ïîëó÷àåìàÿ èç
ýíåðãèþ îêðóæàþùåé ñðåäû, çàíÿòî íåñêîëü-
îêðóæàþùåé ñðåäû, î÷åíü ìàëà, íåïîñòîÿííà
êî ñîòåí ðàçëè÷íûõ îðãàíèçàöèé è ôèðì, îáú-
è íåïðåäñêàçóåìà. Ïðè ïîñòðîåíèè èñòî÷íè-
åì ïðîäàæ íà ýòîì ñåãìåíòå ðûíêà ïîñòîÿííî
êîâ ïèòàíèÿ, èñïîëüçóþùèõ ýòîò âèä ýíåðãèè,
óâåëè÷èâàåòñÿ. Àíàëèçîì èíôîðìàöèè â ýòîé
íåîáõîäèìî óñèëèòåëüíî-ïðåîáðàçîâàòåëü-
îáëàñòè àêòèâíî çàíèìàåòñÿ ìåæäóíàðîäíàÿ
íîå óñòðîéñòâî, âêëþ÷àåìîå ìåæäó ýëåìåíòà-
íåçàâèñèìàÿ íàó÷íî-èññëåäîâàòåëüñêàÿ êîì-
ìè ñáîðà ýíåðãèè è åå ïîòðåáèòåëÿìè (äàò÷è-
ïàíèÿ IDtechEX, ñïåöèàëèçèðóþùàÿñÿ íà
êè, ìèêðîñõåìû, àêêóìóëÿòîðû, êîíäåíñàòîðû
ïå÷àòíîé ýëåêòðîíèêå, âîïðîñàõ àêêóìóëèðî-
áîëüøîé åìêîñòè è ò.ï.). Â íàñòîÿùåå âðåìÿ
âàíèÿ ýíåðãèè (Energy Harvesting), ðàäèî÷àñ-
äîñòàòî÷íî øèðîêîå ïðèìåíåíèå íàøëè àêêó-
òîòíîé èäåíòèôèêàöèè è ñìàðò-óïàêîâêå. Êîì-
ìóëèðóþùèå ýëåìåíòû íà îñíîâå ñîëíå÷íûõ
ïàíèÿ âûïóñêàåò åæåäíåâíûå îáíîâëåíèÿ ïî
áàòàðåé, ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ è
òåìàòèêå àêêóìóëèðîâàíèÿ ýíåðãèè íà ïîðòà-
òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé.
ëå Energy Harvesting Journal [1].
Ê îñíîâíûì îáëàñòÿì ïðèìåíåíèÿ
Àêêóìóëèðîâàíèå ýíåðãèè èç îêðóæàþùåé
óñòðîéñòâ äëÿ àêêóìóëèðîâàíèÿ ýíåðãèè îêðó-
ñðåäû ïîäðàçóìåâàåò ïðåîáðàçîâàíèå ñâî-
æàþùåé ñðåäû îòíîñÿòñÿ:
áîäíîé (íåèñïîëüçóåìîé) ïðèðîäíîé èëè òåõ-
! ñåòè ñâÿçè ñ ðàçëè÷íûìè óäàëåííûì äàò-
íîëîãè÷åñêîé ýíåðãèè â ýëåêòðè÷åñêóþ.
÷èêàìè, â òîì ÷èñëå áåñïðîâîäíûìè;
Èñòî÷íèêàìè ñâîáîäíîé ýíåðãèè ìîãóò áûòü
! èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ äëÿ óñòðîéñòâ ìîíèòî-
ðàçëè÷íûå êîëåáàíèÿ (âåòåð, äâèæåíèå ÷åëî-
ðèíãà ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìîâ è òðàíñïîð-
âåêà è ìåõàíèçìîâ, âîäÿíûå ïîòîêè è ò. ï.),
òíûõ ñðåäñòâ;
òåïëîâûå ïîòîêè, ñâåòîâîå, èíôðàêðàñíîå è
! çàðÿäíûå óñòðîéñòâà ìîáèëüíûõ òåëå-
ðàäèî÷àñòîòíîå èçëó÷åíèå, áèîõèìè÷åñêèå
ôîíîâ è äðóãèõ ïîðòàòèâíûõ ïðèáîðîâ;
âîçäåéñòâèÿ îðãàíè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ (ãëþ-
Þðèé Ïåòðîïàâëîâñêèé
Óñòðîéñòâà àêêóìóëèðîâàíèÿ
ýíåðãèè îêðóæàþùåé ñðåäû.
Ïðèìåíåíèå òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ
ïðåîáðàçîâàòåëåé
äëÿ ïèòàíèÿ áåñïðîâîäíûõ äàò÷èêîâ

ÑÒÀÒÜÈ
! íàðó÷íûå ÷àñû;
ãîñëîéíûì ìàãíèòîðåçèñòèâíûì, ïüåçî èëè
ìàãíèòîýëåêòðè÷åñêèì ïðåîáðàçîâàòåëåì.
! ïóëüòû äèñòàíöèîííîãî óïðàâëåíèÿ;
Âåñüìà âàæíóþ ðîëü â óñòðîéñòâàõ àêêóìó-
! äàò÷èêè è èìïëàíòàíòû äëÿ ìåäèöèíñêèõ
ëèðîâàíèÿ ýíåðãèè èç îêðóæàþùåé ñðåäû
ïðèëîæåíèé è ìíîãèå äðóãèå îáëàñòè.
èãðàþò óñèëèòåëüíî-ïðåîáðàçîâàòåëüíûå
Áîëüøîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè
óñòðîéñòâà, ðàáîòàþùèå ïðè î÷åíü ìàëûõ
óñòðîéñòâà àêêóìóëèðîâàíèÿ êèíåòè÷åñêîé
âõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ (ìîùíîñòÿõ), ñíèìàå-
ýíåðãèè êîëåáàíèé (äâèæåíèÿ). ×àñòî òàêèå
ìûõ ñ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýíåðãèè. Ðÿä ìèêðîñ-
óñòðîéñòâà ñîñòîÿò èç ðàìêè, íà êîòîðîé ñ
õåì äëÿ óñòðîéñòâ àêêóìóëèðîâàíèÿ ýíåðãèè
ïîìîùüþ ïðóæèíû êðåïèòñÿ ãðóç. Ðàìêà ÿâëÿ-
îêðóæàþùåé ñðåäû âûïóñêàåò êîìïàíèÿ
åòñÿ ðåçîíàíñíûì óñòðîéñòâîì, çàêðåïëÿå-
Linear Technology (Ìèëïèòàñ, Êàëèôîðíèÿ,
ìîì íà èñòî÷íèêå êîëåáàíèé, âåëè÷èíà ñíèìà-
ÑØÀ). Â íîìåíêëàòóðå ïðîäóêöèè êîìïàíèè
åìîé ýíåðãèè ñ êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ ìàêñè-
êàòåãîðèè Energy Harvesting èìåþòñÿ ìèêðîñ-
ìàëüíûì ñìåùåíèåì ãðóçà è àìïëèòóäîé êîëå-
õåìû äëÿ ðàáîòû ñ ïüåçîýëåêòðè÷åñêèìè, òåð-
áàíèé. Ñóùåñòâóþò íåñêîëüêî ìåòîäîâ ïðåîá-
ìîýëåêòðè÷åñêèìè, ôîòîãàëüâàíè÷åñêèìè
ðàçîâàíèÿ ýíåðãèè êîëåáàíèé â ýëåêòðè÷åñ-
ýëåìåíòàìè è ñîëíå÷íûìè áàòàðåÿìè, à òàêæå
êóþ: ýëåêòðîñòàòè÷åñêèé, ïüåçîýëåêòðè÷åñ-
óíèâåðñàëüíûå ïðåîáðàçîâàòåëè äëÿ ðàáîòû
êèé, ýëåêòðîìàãíèòíûé è ìàãíèòîñòðèêöèîí-
ñ ðàçëè÷íûìè òèïàìè ýëåìåíòîâ ñáîðà ýíåð-
íûé.
ãèè.
Ýëåêòðîñòàòè÷åñêèå ïðåîáðàçîâàòåëè
Ðàññìîòðèì îñîáåííîñòè ïðèìåíåíèÿ
îáû÷íî âûïîëíåíû â âèäå êîíäåíñàòîðà, îäíà
óñòðîéñòâ àêêóìóëèðîâàíèÿ ýíåðãèè îêðóæàþ-
èç îáêëàäîê êîòîðîãî ñîåäèíåíà ñ êîëåáëþ-
ùåé ñðåäû äëÿ áåñïðîâîäíûõ äàò÷èêîâ ðàç-
ùèìñÿ îáúåêòîì, ïðè ýòîì ïåðåìåííàÿ
ëè÷íûõ ñèñòåì. Ñôåðàìè ïðèìåíåíèÿ òàêèõ
ñîñòàâëÿþùàÿ íàïðÿæåíèÿ íà êîíäåíñàòîðå
äàò÷èêîâ ÿâëÿþòñÿ ñèñòåìû àâòîìàòèçàöèè
ìîæåò áûòü âûäåëåíà. Õàðàêòåðíûì ïðèìå-
çäàíèé, áåñïðîâîäíûå/àâòîìàòèçèðîâàííûå
ðîì ìîãóò ñëóæèòü êîíäåíñàòîðíûå ìèêðîôî-
ñèñòåìû èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ, ñèñòåìû äëÿ
íû.
ïðîôèëàêòè÷åñêîãî îáñëóæèâàíèÿ ðàçëè÷íûõ
Ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå ïðåîáðàçîâàòåëè
îáúåêòîâ, à òàêæå ðÿä äðóãèõ ïðîìûøëåííûõ,
îáû÷íî âûïîëíåíû â âèäå êàíòåëåâåðîâ
âîåííûõ, àâòîìîáèëüíûõ è áûòîâûõ ïðèëîæå-
(óïðóãèõ êîíñîëåé) èç ïüåçîýëåêòðè÷åñêîãî
íèé.
ìàòåðèàëà, ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ êîòîðûõ
Íàïðèìåð, â ïîñëåäíèå ãîäû â ñâÿçè ñ ðàç-
ïðåîáðàçóþòñÿ â êîëåáàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî
âèòèåì êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé, íà Çàïàäå
íàïðÿæåíèÿ.
øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëà ñòðàòå-
Ýëåêòðîìàãíèòíûå ïðåîáðàçîâàòåëè
ãèÿ ïîääåðæàíèÿ àâòîìîáèëÿ â èñïðàâíîì
èñïîëüçóþò êîëåáàíèÿ ìàãíèòíîãî òåëà âíóòðè
ñîñòîÿíèè ñ ïîìîùüþ äèàãíîñòèêè, ïîëó÷èâ-
êàòóøêè èíäóêòèâíîñòè, íà êîòîðîé â ðåçóëüòà-
øåé íàçâàíèå Predictive Maintenance (ïðîãíî-
òå ãåíåðèðóåòñÿ ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå.
çèðóåìîå òåõíè÷åñêîå îáñëóæèâàíèå). Öåëüþ
 ìàãíèòîñòðèêöèîííîì ïðåîáðàçîâàòåëå
ýòîé ñòðàòåãèè ÿâëÿåòñÿ îáíàðóæåíèå çàðîæ-
èçìåíåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîòîêà ïîä âîçäåéñòâè-
äàþùèõñÿ ïðîáëåì. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ äèàãíîñ-
åì âèáðàöèè (äâèæåíèÿ) ðåãèñòðèðóþòñÿ ìíî-
òèêè ðàçëè÷íûõ ñèñòåì àâòîìîáèëåé èñïîëü-
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÑÒÀÒÜÈ
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
çóþòñÿ äàò÷èêè âèáðàöèè, òåì-
ïåðàòóðû, äàâëåíèÿ è äðóãèõ
ïàðàìåòðîâ, èìåþùèõ âàæíîå
çíà÷åíèå äëÿ îáåñïå÷åíèÿ
âûñîêîé ýêñïëóàòàöèîííîé
íàäåæíîñòè àâòîìîáèëÿ [2].
Èñïîëüçîâàíèå áåñïðîâîäíûõ
äàò÷èêîâ ñ ïèòàíèåì îò ýíåðãèè
îêðóæàþùåé ñðåäû ïîçâîëÿåò
áûñòðî è ýôôåêòèâíî, áåç
! äîëæíà îáåñïå÷èâàòüñÿ äëèòåëüíàÿ è
âñêðûòèÿ óçëîâ àâòîìîáèëÿ,
íåïðåðûâíàÿ ðàáîòà ïðåîáðàçîâàòåëåé;
ïðîâîäèòü äèàãíîñòèêó âñåõ íåîáõîäèìûõ
! íåáîëüøàÿ ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü ïîòðåáëå-
ïàðàìåòðîâ äâèãàòåëåé è äðóãèõ ñèñòåì àâòî-
íèÿ, îáû÷íî â äèàïàçîíå 10 ìêÂò...10
ìîáèëåé. Ïðè ýòîì îòïàäàåò íåîáõîäèìîñòü
ìÂò [3].
ïîäà÷è ïèòàíèÿ íà ìíîãî÷èñëåííûå äàò÷èêè,
Áëîê-ñõåìà ïîñòðîåíèÿ áåñïðîâîäíûõ
ñúåìà ñ íèõ äàííûõ ïî ïðîâîäàì è çàìåíû
äàò÷èêîâ ñ ïèòàíèåì îò ýíåðãèè îêðóæàþùåé
áàòàðåé.
ñðåäû ïðèâåäåíà íà Ðèñ. 1, â êà÷åñòâå ýëåìåí-
Âî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ áåñïðîâîäíûå
òîâ ñúåìà ýíåðãèè îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ
äàò÷èêè ðàáîòàþò íà ïåðåäà÷ó â òå÷åíèå
ñîëíå÷íûå, ïüåçîýëåêòðè÷åñêèå, òåðìîýëåê-
íåáîëüøèõ ïðîìåæóòêîâ âðåìåíè, â îñòàëü-
òðè÷åñêèå (TEG) è íåêîòîðûå äðóãèå ýëåìåí-
íîå âðåìÿ ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè ïðàêòè÷åñêè
òû. Â íàñòîÿùåå âðåìÿ äîñòóïíû âñå êîìïî-
îòñóòñòâóåò, ÷òî äàåò âîçìîæíîñòü èñïîëüçî-
íåíòû, óäîâëåòâîðÿþùèå ïðèâåäåííûì âûøå
âàíèÿ íåçíà÷èòåëüíîé ýíåðãèè, èçâëåêàåìîé
óñëîâèÿì. Óñòðîéñòâî óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì
èç îêðóæàþùåé ñðåäû. Íàïðèìåð, äàò÷èê (ñî
äëÿ ñèñòåì ñ áåñïðîâîäíûìè äàò÷èêàìè äîë-
ñõåìîé óïðàâëåíèÿ è òðàíñèâåðîì) ïîòðåáëÿ-
æíî áûòü íåáîëüøèõ ðàçìåðîâ, ëåãêèì â ïðè-
åò â ðåæèìå ïåðåäà÷è äàííûõ 30 ìÀ ïðè
ìåíåíèè è îáåñïå÷èâàòü ðàçëè÷íûå âûõîäíûå
íàïðÿæåíèè 3.3 Â (Ð
= 100 ìÂò), ïðè åãî
ÏÎÒÐ
íàïðÿæåíèÿ. Òàêèì òðåáîâàíèÿì óäîâëåòâî-
àêòèâèðîâàíèè â òå÷åíèå 10 ìñ êàæäóþ ñåêóí-
ðÿåò, íàïðèìåð, ìèêðîñõåìà LTC3108 ôèðìû
äó ñðåäíÿÿ ïîòðåáëÿåìàÿ ìîùíîñòü ñîñòàâèò
Linear Technology, âûïîëíåííàÿ â êîðïóñå DFN
1 ìÂò, ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè ïàóç ìåæ-
ðàçìåðàìè 3 ́ 4 ́ 0.75 ìì èëè â êîðïóñå SSOP-
äó îòñ÷åòàìè ñðåäíÿÿ ïîòðåáëÿåìàÿ ìîù-
16 è îáåñïå÷èâàþùàÿ ðàáîòó ïðè ñâåðõíèçêèõ
íîñòü ìîæåò óìåíüøèòüñÿ äî åäèíèö ìêÂò è
íàïðÿæåíèÿõ, ñíèìàåìûõ ñ òåðìîýëåêòðè÷åñ-
ìåíåå.
êèõ ýëåìåíòîâ ñúåìà ýíåðãèè îêðóæàþùåé
Ïðåîáðàçîâàòåëè ýíåðãèè è áåñïðîâîäíûå
ñðåäû.
äàò÷èêè â îáùåì ñëó÷àå äîëæíû óäîâëåòâî-
Ñòðóêòóðà ìèêðîñõåìû ïðèâåäåíà íà Ðèñ.
ðÿòü òðåì óñëîâèÿì:
2. Â åå ñîñòàâ âõîäÿò:
! âûõîäíûå ïàðàìåòðû ïðåîáðàçîâàòåëÿ
! àâòîãåíåðàòîð èìïóëüñîâ ñ âíåøíèì
äîëæíû îáåñïå÷èâàòü âîçìîæíîñòü
òðàíñôîðìàòîðîì, âûïîëíåííûé íà ïîëå-
íåïîñðåäñòâåííîãî ïèòàíèÿ âñåõ ñõåì
âîì òðàíçèñòîðå ñ ìàëûì R
;
DS(ON)
äàò÷èêîâ;
ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÝÍÅÐÃÈÈ
(ÑÎËÍÅ×ÍÛÉ,
ÏÜÅÇÎ, ÒÀÌ È Ò.Ï .)
ÓÏÐÀÂËÅÍÈÅ
ÏÈÒÀÍÈÅÌ/
ÝÍÅÐÃÈÅÉ
ÌÈÊÐÎ-
ÊÎÍÒÐÎËËÅÐ
ÄÀÒ×ÈÊÈ
ÐÀÄÈÎÊÀÍÀË
Ðèñóíîê 1. Áëîê-ñõåìà áåñïðîâîäíîãî äàò÷èêà.

ÑÒÀÒÜÈ
! ñèíõðîííûé âûïðÿìèòåëü;
Ìèêðîñõåìà ñ òåðìîýëåêòðè÷åñêèì ýëå-
ìåíòîì ñúåìà ýíåðãèè ðàáîòîñïîñîáíà ïðè
! èñòî÷íèê îáðàçöîâîãî íàïðÿæåíèÿ;
ìèíèìàëüíîé ðàçíîñòè òåìïåðàòóð DÒ íà
! êîíòðîëëåð çàðÿäà âíåøíåãî êîíäåíñàòî-
ïîâåðõíîñòÿõ ýëåìåíòà ïîðÿäêà 1 °Ñ. Ïðè
ðà;
èñïîëüçîâàíèè ïîâûøàþùåãî òðàíñôîðìàòî-
! ñòàáèëèçàòîð ñ ìàëûì ïàäåíèåì íàïðÿ-
ðà ñ ñîîòíîøåíèåì ÷èñëà âèòêîâ îáìîòîê 1 :
æåíèÿ (LDO);
100 çàïóñê áëîêèíã-ãåíåðàòîðà ìèêðîñõåìû
! îãðàíè÷èòåëü òîêà;
ïðîèñõîäèò ïðè íàïðÿæåíèè íà âûõîäå òåðìî-
! êîìïàðàòîðû ñõåìû óñòàíîâêè âûõîäíîãî
ýëåìåíòà ïîðÿäêà 20 ìÂ. Ñ âûõîäà ñèíõðîííî-
íàïðÿæåíèÿ.
ãî âûïðÿìèòåëÿ ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå
C1
C2
5M
SW
5.25V
1.2V
VREF
SW
VLDO
ÂÊË
ÂÛÊË
ÓÑÒÀÍÎÂÊÀ
VOUT
PGOOD
VOUT2_EN
VS1
VS2
PGD
VSTORE
C1
CIN
VLDO
CSTORE
1μF
1:100
C2
ÑÈÍÕÐ. ÂÛÏÐ.
ÎÏÎÐÍ. ÍÀÏÐ.
2.2V
ÑÕÅÌÀ
ÓÏÐÀÂËÅÍÈß
ÇÀÐßÄÎÌ
VAUX
+
–
+
–
ÎÃÐÀÍÈ×ÈÒÅËÜ
ÒÎÊÀ
LTC3108-1
1.3W
0.5W
1M
EXPOSED PAD (DFN)
2.2μF
GND (SSOP)
LDO
VBEST
VOUT2
VOUT
VOUT2
VOUT
ÑOUT
VREF
VOUT
VSTORE
VREF
VOUT
VIN
Ðèñóíîê 2. Ñòðóêòóðà ìèêðîñõåìû LTC3108.
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÑÒÀÒÜÈ
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
íûõ íà ïðîâîäÿùèå ïëîùàäêè. Êîíñòðóê-
öèÿ ìîäóëÿ âûïîëíåíà òàêèì îáðàçîì,
÷òî ÿ÷åéêè ðàçëè÷íîé ïðîâîäèìîñòè
ôèçè÷åñêè êîíòàêòèðóþò ñ ïðîòèâîïî-
ëîæíûìè ñòîðîíàìè ìîäóëÿ.  êà÷åñòâå
ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ìàòåðèàëà îáû÷íî
èñïîëüçóþò òåëëóðèä âèñìóòà (Be Te ).
23
Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå òåðìîýëåê-
òðè÷åñêîãî ìîäóëÿ (ÒÝÌ) çàâèñèò îò ðàç-
íîñòè òåìïåðàòóð åãî ðàçëè÷íûõ ñòîðîí,
îò ÷èñëà ïîñëåäîâàòåëüíî âêëþ÷åííûõ
ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ÿ÷ååê è îò ðåçóëüòè-
ðóþùåãî âûõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ìîäó-
ëÿ. Ñ óâåëè÷åíèåì ÷èñëà ÿ÷ååê ðàñòåò
âûõîäíîå íàïðÿæåíèå è îäíîâðåìåííî
ïîñòóïàåò íà êëþ÷ ñõåìû ïîäêà÷êè çàðÿäà,
óâåëè÷èâàåòñÿ âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå ìîäó-
âûïîëíåííûé íà ïîëåâîì òðàíçèñòîðå, ñòîê
ëÿR
. Íà Ðèñ. 4 ïðèâåäåíû ïåðåõîäíûå
SOURCE
òðàíçèñòîðà ïîäêëþ÷åí ê íàêîïèòåëüíîìó
êîíäåíñàòîðó Ñ . Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå
õàðàêòåðèñòèêè ìèêðîñõåìû LTC3108 ïî âûõî-
OUT
äàìV ,V
,V
ïðè ïîäà÷å íà âõîä V
OUT STORE LDO
IN
Vout îïðåäåëÿåòñÿ óïðàâëÿþùèìè íàïðÿæå-
íèÿìè íà âûâîäàõ VS1, VS2 è ìîæåò íàõîäèòü-
ïðÿìîóãîëüíîãî èìïóëüñà ðàçìàõîì 100 ìÂ.
ñÿ â ïðåäåëàõ 2.35...5 Â. Íà âûõîäå äîïîëíè-
Ýôôåêòèâíîñòü ïåðåäà÷è ýëåêòðè÷åñêîé ìîù-
òåëüíîãî ñòàáèëèçàòîðà LDO ôîðìèðóåòñÿ
íîñòè îò ìîäóëÿ ê ìèêðîñõåìå çàâèñèò è îò
ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå 2.2 Â, ïðåäíàçíà÷åí-
íåëèíåéíîãî âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ âõîäà
íîå äëÿ ïèòàíèÿ âíåøíåãî ìèêðîïðîöåññîðà
V , çàâèñÿùåãî îò âåëè÷èíû ïðèëîæåííîãî
IN
ñõåìû áåñïðîâîäíîãî äàò÷èêà.
Ýñêèç îäíîé èç êîíñòðóêöèé òåðìîýëåêòðè-
÷åñêîãî ìîäóëÿ (ÒÝÌ) ñáîðà ýíåðãèè îêðóæàþ-
ùåé ñðåäû ïîêàçàí íà Ðèñ. 3. Ìîäóëü ïîñòðî-
åí íà îñíîâå ýôôåêòà Çååáåêà, çàêëþ÷àþùå-
ãîñÿ â ïîÿâëåíèè ÝÄÑ â çàìêíóòîé öåïè èç
ðàçíîðîäíûõ ìàòåðèàëîâ, èìåþùèõ ðàçëè÷-
íûå òåìïåðàòóðû. Îáðàòíûé ýôôåêò, íàçûâà-
åìûé ýôôåêòîì Ïåëüòüå, çàêëþ÷àåòñÿ â âûäå-
ëåíèè è ïîãëîùåíèè òåïëà ïðè ïðîõîæäåíèè
òîêà ÷åðåç ñîåäèíåíèå ðàçíîðîäíûõ ïðîâîä-
íèêîâ. ÒÝÌ ñîñòîèò èç ðÿäà ïîñëåäîâàòåëüíî
ñîåäèíåííûõ åäèíè÷íûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ
ÿ÷ååê N è Ð òèïîâ ïðîâîäèìîñòè, óñòàíîâëåí-
PNPNNNPNP
ÏÎË ÈÒ ËÜÍÛÉ
ÎÆÅ
ÂÂÄ(+)
ÛÎ
ÎÒÐ ÒÅËÜ
ÈÖÀ ÍÛÉ
Ä–)
ÂÛÂÎ (
ÏÐÎÂÎÄ È
ßÙÅ
ÏÅÌÛÊÈ
ÐÅ×
ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊÎÂÛÉ
È
ÑÒÎËÁ Ê
P-ÒÈÏÀ
Ê ÐÀÌÈ×ÅÑ Àß
Å
Ê
ÏÎÄËÎÆÊÀ
ÏÎËÓ ÎÄÍÈÊ
ÏÐÎÂ
ÎÂÛÉ
ÑÒ ÈÊ
ÎËÁ
N ÒÈÏ
-
À
Ðèñóíîê 3. Êîíñòðóêöèÿ òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî ìîäóëÿ.
5 ñ/äåë
VOUT
1 Â/äåë
VIN
100 ìÂ/äåë
VSTORE
1 Â/äåë
VLDO
1 Â/äåë
Ðèñóíîê 4. Ïåðåõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè ìèêðîñ-
õåìû LTC3108.

ÑÒÀÒÜÈ
íîé ìîùíîñòè ÒÝÌ îò
ðàçíîñòè òåìïåðàòóð èõ
ïîâåðõíîñòåé. Îáû÷íî
ïðèâîäÿòñÿ çíà÷åíèÿ
ìàêñèìàëüíîãî âûõîäíî-
ãî íàïðÿæåíèÿ U
è
ÌÀÊÑ
òîêà I
.
Âûáðàòü ÒÝÌ
ÌÀÊÑ
îïðåäåëåííîãî ðàçìåðà ñ
îïòèìàëüíûìè õàðàêòå-
ðèñòèêàìè ìîæíî ïî ìàê-
ñèìàëüíîé îòäàâàåìîé
ìîùíîñòè Ð
=U
́
ÂÛÕ
ÌÀÊÑ
I è ìèíèìàëüíîìó
ÌÀÊÑ
âûõîäíîìó ñîïðîòèâëå-
íàïðÿæåíèÿ. Íà Ðèñ. 5 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñ-
íèþ R
[3]. Ê èçâåñòíûì ïðîèçâîäèòåëÿì
SOURCE
òè âûõîäíîé ìîùíîñòè ìèêðîñõåìû ñ ÒÝÌ îò
òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ïðèáîðîâ îòíîñÿòñÿ êîì-
ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè (ñîïðîòèâëåíèÿ âõî-
ïàíèè Ferrotec, Fujitaka, Kryotherm, Laird
äà V ) ïðè ðàçëè÷íûõ R
è çàâèñèìîñòü
SOURCE
IN
Technology, Marlow Industries, Tellurex, Te
âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ âõîäà V ìèêðîñõå-
IN
Technology è äðóãèå [4-6].
ìû îò âåëè÷èíû âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Èç ãðà-
Ïðè êîíñòðóèðîâàíèè óñòðîéñòâ ñ ÒÝÌ
ôèêîâ âèäíî, ÷òî ïðè ìàëûõ ñîïðîòèâëåíèÿõ
ñëåäóåò ó÷èòûâàòü âëèÿíèå íà ýôôåêòèâíîñòü
R (1 Îì) èìååòñÿ âûðàæåííûé ìàêñè-
SOURCE
ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè òåïëîâûõ ñîïðîòèâ-
ìóì âûõîäíîé ìîùíîñòè ïðè âõîäíîì ñîïðî-
ëåíèé ìåæäó ÒÝÌ è îêðóæàþùåé ñðåäîé, ÒÝÌ
òèâëåíèè R
= 1 Îì. Íà Ðèñ. 6 ïðèâåäåíû
LOAD
çàâèñèìîñòè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ V
íà
OC
õîëîñòîì õîäó è ìîùíîñòè òèïîâîãî ÒÝÌ (ïëî-
2
ùàäü 30 ìì , 127 ÿ÷ååê, R
= 2Îì)TEG
LOAD
P , îò ðàçíîñòè òåìïåðàòóð åãî ïîâåðõíîñ-
OUT
òåé, èç ãðàôèêîâ âèäíî, ÷òî äëÿ ïîëó÷åíèÿ
ãåíåðàöèè ìîùíîñòè 10 ìÂò òðåáóåìàÿ ðàç-
íîñòü òåìïåðàòóð DÒ äîëæíà ñîñòàâëÿòü 9 °Ñ,
à äëÿ ïîëó÷åíèÿ Ð
â1ìÂò–DÒ=3°Ñ.
ÂÛÕ
Áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ óñïåøíîé ðåàëèçà-
öèè áåñïðîâîäíûõ äàò÷èêîâ èìååò ïðàâèëü-
íûé âûáîð ÒÝÌ. Ìíîãèå ïðîèçâîäèòåëè ÒÝÌ
íå ïðèâîäÿò çíà÷åíèÿ è çàâèñèìîñòè âûõîä-
P()OUTìÂò
R (Îì)
LOAD
10
0
3
0
123456789
0.5
1
2
1.5
2.5
R
= 1Îì
SOURCE
R
= 3Îì
SOURCE
R(Îì)IN
V (ìÂ)
IN
500
0
8
0
100
200
300
400
4
3
2
1
6
5
7
Ðèñóíîê 5. Âõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè ìèêðîñõåìû ñ ÒÝÌ.
ÒÝÌP(ìÂò)OUT(MAX,IDEAL)ÒÝÌV()ÕÎËÎÑÒÎÃÎÕÎÄÀìÂ$
T (°C)
100
1
1,000
1
100
0.1
10
10
100
10
1
2
ÒÝÌ30ìì ,127ÏÀÐ,R =2
VOC
POUT(MAX, IDEAL)
Ðèñóíîê 6. Âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè ÒÝÌ.
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÑÒÀÒÜÈ
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
Ýôôåêòèâíîñòü ïðåîáðàçîâàíèÿ òåïëîâîé
ýíåðãèè â ýëåêòðè÷åñêóþ çàâèñèò òàêæå è îò
îòíîøåíèÿ ÷èñëà âèòêîâ îáìîòîê âíåøíåãî
òðàíñôîðìàòîðà (Ðèñ. 2). Ïî ðåêîìåíäàöèÿì,
ïðèâåäåííûì â [3], ïðè ðàáîòå ÒÝÌ ñ áîëüøè-
ìè ðàçíîñòÿìè òåìïåðàòóð èñïîëüçóåòñÿ îòíî-
øåíèå 1:50 (U áîëåå 50 ìÂ) èëè 1:20 (áîëåå
ÂÛÕ
150 ìÂ), ïðè ìàëûõ dT (U ìåíåå 50 ìÂ)
ÂÛÕ
èñïîëüçóåòñÿ îòíîøåíèå 1:100. Íà Ðèñ. 8 ïðè-
âåäåíû çàâèñèìîñòè âûõîäíîé ìîùíîñòè
2
2
ÒÝÌ ñ ïëîùàäüþ 22 ìì è 40 ìì ôèðìû
Ferrotec îò ðàçíèöû òåìïåðàòóð ïðè ðàçëè÷-
íûõ îòíîøåíèÿõ ÷èñëà âèòêîâ.
è èñòî÷íèêîì òåïëà (ñì. Ðèñ. 7). Ðàçíîñòü òåì-
ïåðàòóð ïîâåðõíîñòåé ÒÝÌ îïðåäåëÿåòñÿ
âûðàæåíèåì
ãäå
T
– òåìïåðàòóðà èñòî÷íèêà òåïëà,
SOURCE
T – òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåé ñðå-
AMBIENT
äû,
R – òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå ÒÝÌ (òè-
TEG
ïîâûå çíà÷åíèÿ 1...10 °Ñ/Âò),
R – òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå èñòî÷íèêà
S
òåïëà,
R – òåïëîâîå ñîïðîòèâëåíèå òåïëîîòâîäà.
HS
Óñòàíîâêà òåïëîîòâîäà (îõëàæäàþùåãî
Òèïîâîå âêëþ÷åíèå ìèêðîñõåìû LTC3108
ðàäèàòîðà) íà âíåøíþþ ïîâåðõíîñòü ÒÝÌ
â áåñïðîâîäíîì äàò÷èêå ñ ÒÝÌ 9500/128/100Â
2
îáÿçàòåëüíà, èíà÷å åå òåìïåðàòóðà, â ñâÿçè ñ
(S=40ìì ,R
= 1.25Îì,U 40ìÂ...1
SOURCE
ÂÛÕ
Â) ôèðìû Ferrotec è òðàíñôîðìàòîðîì
LPR6235-123QML ôèðìû Coilcraft ñ îòíîøåíè-
åì ÷èñëà âèòêîâ îáìîòîê 1:50 ïðèâåäåíî íà
Ðèñ. 9. Äèàïàçîí îïòèìàëüíûõ ðàçíîñòåé òåì-
íèçêèì òåïëîâûì ñîïðîòèâëåíèåì R
ìîäó-
TEG
ïåðàòóð ïîâåðõíîñòåé ÒÝÌ íàõîäèòñÿ â ïðåä-
ëåé, áóäåò áëèçêà ê òåìïåðàòóðå âíóòðåííåé
åëàõ 2...10 °Ñ, çàïóñê ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ è
ïîâåðõíîñòè ìîäóëÿ, ÷òî äàñò ìàëûå çíà÷åíèÿ
çàðÿä êîíäåíñàòîðà Ñ
ïðîèñõîäèò ïðè dT
OUT
dT è âûõîäíîé ìîùíîñòè ÒÝÌ.
(
)
HS
TEG
S
AMBIENT
SOURCE
TEG
R
R
R
T
T
R
dT
+
+
-
=
RHS
(R
– ÒÅÏËÎÎÒÂÎÄ)
THERMAL
RTEG
(R
– ÒÝÌ)
THERMAL
ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÒÅÏËÀ
ÎÊÐÓÆÀÞÙÀß ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÀ
TCOLD
THOT
dT
RS
(R
– ÈÑÒÎ×ÍÈÊ ÒÅÏËÀ)
THERMAL
Ðèñóíîê 7. Òåïëîâûå ñîïðîòèâëåíèÿ ÒÝÌ/
èñòî÷íèêà òåïëà.
$
T (°C)
10
1
10
0.01
0.10
1
40 ìì ÒÝÌ, 1:100 RATIO
40 ìì ÒÝÌ, 1:50 RATIO
22 ìì ÒÝÌ, 1:100 RATIO
22 ìì ÒÝÌ, 1:50 RATIO
40 ìì TEG FERROTEC 9500/127/100B
22 ìì TEG FERROTEC 9501/71/040B
P()OUTìÂò
Ðèñóíîê 8. Âûõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè ÒÝÌ.

ÑÒÀÒÜÈ
ñîñòàâëÿåò 560 ìêÀ,
ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü â
íàãðóçêå
Ð =3.3Ấ560ìêÀ
ÑÐ
= 1.85 ìÂò,
Ìîùíîñòü ïîòðåáëå-
íèÿ â èìïóëüñå
Ð =3.3Ấ15ìÀ
ÈÌÏ
= 49.5 ìÂò.
Âðåìÿ, íåîáõîäèìîå
äëÿ çàðÿäà êîíäåíñàòî-
ðà Ñ ñîñòàâëÿåò
OUT
t =470ìêỐ3.3Â
ÇÀÐ
/560ìêÀ=2.77ñ,
Êîýôôèöèåíò çà-
áîëåå 2 °Ñ. Ñúåì äàííûõ è Â× èçëó÷åíèå áåñ-
ïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ (Duty cycle) – 1.85
ïðîâîäíûõ äàò÷èêîâ îáû÷íî âêëþ÷àþòñÿ â
ìÂò/49.5 ìÂò = 0.037 (3.7%), à ìàêñèìàëüíàÿ
òå÷åíèå êîðîòêèõ èíòåðâàëîâ âðåìåíè, à
÷àñòîòà âêëþ÷åíèÿ áåñïðîâîäíîãî äàò÷èêà íà
åìêîñòü êîíäåíñàòîðà Ñ
ïðè èìïóëüñíîì
OUT
ïåðåäà÷ó ñîñòàâëÿåò 3.7 Ãö.
õàðàêòåðå òîêà â íàãðóçêå îïðåäåëÿåòñÿ âûðà-
Äëÿ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ìèêðîïðîöåññîðà
æåíèåì
áåñïðîâîäíîãî äàò÷èêà íåîáõîäèìà ïîääåð-
æêà äîñòàòî÷íî ñòàáèëüíîãî (áåç ïðîâàëîâ)
íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ÷òî äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò
ýíåðãèè çàðÿæåííîãî êîíäåíñàòîðà CSTORE
(Ðèñ.2). Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ýêîíîìè÷íûõ
ìèêðîïðîöåññîðîâ îáû÷íî ìîæåò íàõîäèòüñÿ
ãäå
â ïðåäåëàõ 3...5.5 Â, ïðè åìêîñòè êîíäåíñàòî-
I – èìïóëüñíûé òîê â íàãðóçêå,
ÈÌÏ
ðàC
= 0.1 Ô, òîêîïîòðåáëåíèè ìèêðîïðî-
STORE
t – äëèòåëüíîñòü èìïóëüñà,
öåññîðà 6 ìêÀ, I
= 15ìÀ,f
= 2 Ãöâðåìÿ
ÈÌÏ
ÈÌÏ
Ñ×ÈÒ
ðàáîòû ñõåìû ñîñòàâèò 637 ñ (ïðè ñíèæåíèè
dV – äîïóñòèìîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ
ÂÛÕ
íàïðÿæåíèÿ V
ñ 5.25 Â äî 3.3 Â). Îñíîâ-
STORE
íà íàãðóçêå.
íîå òðåáîâàíèå ê êîíäåíñàòîðó C
– ìèíè-
STORE
Äëÿ ñõåìû íà Ðèñ. 9 åìêîñòü êîíäåíñàòîðà
ìàëüíàÿ óòå÷êà çàðÿäà è ìàëûå ïîòåðè, ìîæíî
Ñ = 470 ìêÔ âûáðàíà äëÿ çíà÷åíèé I
=
OUT
ÈÌÏ
èñïîëüçîâàòü êîíäåíñàòîðû ñåðèé BestCap,
15ìÀ,t
= 10ìñ,dV =0.33Â(ïðèíîìè-
ÈÌÏ
ÂÛÕ
TAJ, TPS ôèðìû AVX, ñåðèè GZ ôèðìû Ñàð-
íàëüíîì âûõîäíîì íàïðÿæåíèè 3.3 Â). Ñðåä-
ÕÕ, ñåðèé KR, P ôèðìû Cooper/Bussmann,
íèé òîê ïîòðåáëåíèÿ ïðè òàêèõ ïàðàìåòðàõ
ñåðèé Tantamount 592D, 595D Tantalum,
C1
ÒÝÌ
(ÒÅÐÌÎÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÉ
ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ)
40ìÂ...1Â
Ferrotec 9500/127/100B
C2
SW
VS2
VS1
PGOOD
2.2 Â
COUT
470μF
VSTORE
+
LTC3108
0.1F
6.3 Â
5.25 Â
3.3 Â
1μF
4.7nF
CIN
220μF
T1
1:50
330pF
ÄÀÒ×ÈÊÈ
ÐÀÄÈÎ-
ÊÀÍÀË
ÌÈÊÐÎ-
ÊÎÍÒÐÎË-
ËÅÐ
2.2μF
+
+
+
T1: COILCRAFT LPR6235-123QML
VOUT2
PGD
VLDO
VOUT
VOUT2_EN
GND
VAUX
Ðèñóíîê 9. Òèïîâîå âêëþ÷åíèå ìèêðîñõåìû LTC3108 ñ ÒÝÌ.
)
Â
(
dV
ìñ)
(
t
ìÀ)
(
I
ìêÔ)
(
C
ÂÛÕ
ÈÌÏ
ÈÌÏ
OUT
́
=
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
ÑÒÀÒÜÈ
Ðèñóíîê 10. Òèïîâîå âêëþ÷åíèå ìèêðîñõåìû LTC3108-1 ñ ÒÝÌ.
2.2 Â
200 ìêÀ ìàêñ.
3Â
ËÈÒÈÅÂÀß
ÁÀÒÀÐÅß
1μF
1nF
T1
1:100
330pF
2.2μF
+
T1: COILCRAFT LPR6235-752SML
499k
ZETEX
ZC2811E
+
C1
C2
SW
VS2
VS1
VSTORE
LTC3108-1
VOUT2
PGD
VLDO
VOUT
VOUT2_EN
GND
VAUX
CIN
100μF
VAUX
ÒÝÌ
(ÒÅÐÌÎÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÉ
ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ)
Ferrotec 9500/127/100B
ÄÀÒ×ÈÊÈ
ÐÀÄÈÎ-
ÊÀÍÀË
ÌÈÊÐÎ-
ÊÎÍÒÐÎË-
ËÅÐ
150CRZ, 153CRV
Aluminum, 013 RLC ôèðìû
Vishay/Sprague.
 ðÿäå ïðèëîæåíèé
áåñïðîâîäíûå äàò÷èêè
ïèòàþòñÿ íå èìïóëüñíûì, à
ïîñòîÿííûì òîêîì, â òàêèõ
ñëó÷àÿõ â ñõåìû ââîäÿò
ðåçåðâíûå èñòî÷íèêè ïèòà-
íèÿ. Íà Ðèñ. 10 ïðèâåäåíà
ñõåìà áåñïðîâîäíîãî äàò-
÷èêà ñ ïîñòîÿííûì ïîòðåá-
ëåíèåì òîêà 200 ìêÀ ïðè
íàïðÿæåíèè 2.2 Â. Ñ ÒÝÌ
òèïà 9500/127/100Â ôèðìû
Ferrotec òðåáóåìûå ïàðà-
ìåòðû îáåñïå÷èâàþòñÿ ïðè
dT=3 °Ñèáîëåå.Åñëèðàç-
äàò÷èêà ïðîèçâîäèòñÿ îò ëèòèåâîé áàòàðåè ñ
íîñòü òåìïåðàòóð ìåíüøå 3 °Ñ, ïèòàíèå óçëîâ
íàïðÿæåíèåì 3 Â (ïðè dT áîëüøå 3 °Ñ áàòàðåÿ
îòêëþ÷åíà).
 çàêëþ÷åíèå ðàññìîòðèì äðóãèå îñî-
áåííîñòè ìèêðîñõåìû LTC3108 è åå îñíîâ-
íûå ïàðàìåòðû. Îáëàñòè ïðèìåíåíèÿ ìèê-
ðîñõåìû, ðåêîìåíäîâàííûå ïðîèçâîäèòå-
ëåì:
! óäàëåííûå äàò÷èêè è ðàäèîìàÿêè;
! àêêóìóëÿòîðû èçáûòî÷íîé òåïëîâîé
ýíåðãèè;
! ñèñòåìû âåíòèëÿöèè è êîíäèöèîíèðîâà-
íèÿ (HVAC Systems);
! ïðîìûøëåííûå áåñïðîâîäíûå äàò÷èêè;
! àâòîìàòè÷åñêèå èçìåðèòåëüíûå óñòðî-
éñòâà;
! ñèñòåìû àâòîìàòèçàöèè çäàíèé;
! ñèñòåìû äëÿ ïðîãíîçèðóåìîãî òåõíè-
÷åñêîãî îáñëóæèâàíèÿ (Predictive
Maintenance).
Ðèñóíîê 11. Êîìïîíîâêà ïëàòû áåñïðîâîäíîãî äàò÷è-
êà.
VOUT2
ÏÅÐÅÕÎÄÍÛÅ ÎÒÂÅÐÑÒÈß ÍÀ ÑËÎÉ «ÇÅÌËß»
12
11
8
9
10
4
5
3
2
1
SW
C2
C1
VAUX
6
7
VOUT
VOUT2_EN
VS1
VS2
VOUT2
VOUT
VSTORE
VLDO
PGD
PGOOD
«ÇÅÌËß»
VLDO
VIN

ÑÒÀÒÜÈ
!
Îñîáåííîñòè è îñíîâíûå ïàðàìåòðû ìèê-
ñîáñòâåííûé òîê ïîòðåáëåíèÿ ïî öåïè
V –0.2ìêÀ;ïîöåïèV
– 6ìêÀ;
ðîñõåì:
OUT
AUX
! íèçêîå âõîäíîå íàïðÿæåíèå (îò 20 ìÂ);
! ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ñòàáèëèçàòîðå
! ïðîãðàììèðóåìûå âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ
LDO – 100 ìÂ;
2.35Â;3.3Â;4.1Â;5Â;
! òîê óòå÷êè ïî âûâîäàì V
,V
– 0.1
STORE OUT2
!V
– 2.2 Â/3 ìÀ;
LDO
ìêÀ.
!
Ïðèìåð êîìïîíîâêè ýëåìåíòîâ è íàçíà÷å-
âûäà÷à ñèãíàëà «Power Good» (ïèòàíèå â
íèå âûâîäîâ ìèêðîñõåìû â êîðïóñå DFN ïðè-
íîðìå);
âåäåíû íà Ðèñ. 11.
Ññûëêè
1. http://www.energyharvestingjournal.com/?sessionid=1.
2. http://www.bornica.ru/expert/gruz_pass_9 _2011/.
3. David Salerno “Ultralow Voltage Energy Harvester Uses Thermoelectric Generator for Battery-Free Wireless
Sensors”, Journal of Analog Innovation, Volume 20 Number 3.
http://cds.linear.com/docs/LT%20Journal/LTJournal-V20N3-01-df-LTC3108_09 -David_Salerno.pdf .
4. Ferrotec http://www.ferrotec.com/products/thermal/modules.
5. Kryotherm http://www.kryothermusa.com.
6. Laird Technologies http://www.lairdtech.com.
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÑÒÀÒÜÈ
 ñìàðòôîíàõ, ïëàíøåòíûõ êîìïüþòåðàõ,
Íà Ðèñóíêå 1 èçîáðàæåíà òèïè÷íàÿ ìàëî-
öèôðîâûõ êàìåðàõ, íàâèãàöèîííûõ ñèñòåìàõ,
ìîùíàÿ ñèñòåìà, ïèòàþùàÿñÿ îò Li-Ion áàòà-
ìåäèöèíñêîì îáîðóäîâàíèè è ìíîæåñòâå äðó-
ðåè. Äèàïàçîí íàïðÿæåíèé áàòàðåè ðàâåí
ãèõ ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ ñ àâòîíîìíûì ïèòà-
3...4.2 Â, â òî âðåìÿ, êàê äëÿ ìèêðîñõåì òðåáó-
íèåì ÷àñòî ñîäåðæàòñÿ ìèêðîñõåìû, èçãîòîâ-
þòñÿ 0.8 Â, 1.8 Â, 2.5 Â è 2.8 Â. Ïðîùå âñåãî
ëåííûå ïî ðàçíûì òåõíîëîãèÿì. Äëÿ ðàáîòû
ïîëó÷èòü íåîáõîäèìûå íàïðÿæåíèÿ ñ
òàêèõ óñòðîéñòâ, êàê ïðàâèëî, òðåáóåòñÿ
ïîìîùüþ LDO ñòàáèëèçàòîðîâ. Íî, ê ñîæàëå-
íåñêîëüêî íåçàâèñèìûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ,
íèþ, âñÿ ìîùíîñòü, íå èñïîëüçóåìàÿ â íàãðóç-
ïðè÷åì íàïðÿæåíèå êàæäîãî îòëè÷àåòñÿ îò
êå, áóäåò ðàññåèâàòüñÿ â ôîðìå òåïëà, äåëàÿ
íàïðÿæåíèÿ àêêóìóëÿòîðà èëè âíåøíåãî ñåòå-
LDO ñòàáèëèçàòîðû íåýôôåêòèâíûìè, êîãäà
âîãî àäàïòåðà.
V ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò V . Øèðîêî
IN
OUT
Ðåêîìåíäàöèè ïî ïðèìåíåíèþ
ïîíèæàþùèõ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåé
Ken Marasco, Analog Devices
Ðèñóíîê 1. Òèïè÷íàÿ ìàëîìîùíàÿ ïîðòàòèâíàÿ ñèñòåìà.
VDD
ÆÊ ÈÍÄÈÊÀÒÎÐ
0.8 Â
1.8 Â
3.6 Â
2.8 Â
2.5 Â
ÌÈÊÐÎÏÐÎÖÅÑÑÎÐ
VDD
ÏÀÌßÒÜ
ÄÀÒ×ÈÊ
ÌÀËÎÌÎÙÍÎÅ
ÐÀÄÈÎ
LDO
ADP151
LDO
ADP150
ÏÎÍÈÆÀÞÙÈÉ
ÏÐÅÎÁÐ.
ADP2120
RTC
LI-ION
ÁÀÒÀÐÅß
ÏÈÒÀÍÈÅ
ßÄÐÀ
ÏÈÒÀÍÈÅ
ÂÕ./ÂÛÕ.
ÏÎÍÈÆÀÞÙÈÉ
ÏÐÅÎÁÐ.
ADP2120
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÑÒÀÒÜÈ
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
ðàñïðîñòðàíåííàÿ, è åäèíñòâåííàÿ, â ñëó÷àå
ñèëîâûå òðàíçèñòîðû, íàçûâàþòñÿ èìïó-
íàøåãî ïðèìåðà, àëüòåðíàòèâà, ñóùåñòâåííî
ëüñíûìè êîíòðîëëåðàìè (switching control-
ñîêðàùàþùàÿ ïîòåðè – èìïóëüñíûé ïðåîáðà-
lers). Â áîëüøèíñòâå ìàëîìîùíûõ ñèñòåì
çîâàòåëü, íàêàïëèâàþùèé ýíåðãèþ â ìàãíèò-
èñïîëüçóþò êàê LDO, òàê è èìïóëüñíûå ïðåîá-
íîì ïîëå èíäóêòèâíîñòè è îòäàþùèé åå â
ðàçîâàòåëè, è òîëüêî ïðè ðàçóìíîì ñî÷åòàíèè
íàãðóçêó ïðè äðóãîì íàïðÿæåíèè. Ðàññìàòðè-
îáîèõ ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû òðåáóåìûå òåõíè-
âàåìûå â ýòîé ñòàòüå ïîíèæàþùèå ïðåîáðà-
÷åñêèå è öåíîâûå õàðàêòåðèñòèêè óñòðîéñòâà.
çîâàòåëè («buck» èëè «step-down») ïîçâîëÿ-
Êàê âèäíî èç Ðèñóíêà 2, ïîíèæàþùèé ïðå-
þò ïîëó÷èòü íà âûõîäå íàïðÿæåíèå ìåíüøåå,
îáðàçîâàòåëü ñîñòîèò èç äâóõ êëþ÷åé, äâóõ
÷åì íà âõîäå. Ó ïîâûøàþùèõ ïðåîáðàçîâàòå-
êîíäåíñàòîðîâ è èíäóêòèâíîñòè. Äðàéâåð êëþ-
ëåé («boost» èëè «step-up»), êîòîðûå ìû
÷åé äîëæåí ôîðìèðîâàòü íåïåðåêðûâàþùèå-
áóäåì ðàññìàòðèâàòü â ñëåäóþùåé ñòàòüå,
ñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòè óïðàâëÿþùèõ èìïóëü-
íàîáîðîò, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå áîëüøå âõîä-
ñîâ, ãàðàíòèðóÿ, ÷òî â êàæäûé ìîìåíò âðåìå-
íîãî. Èìïóëüñíûå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ âíóò-
íè áóäåò çàìêíóò òîëüêî îäèí êëþ÷, è â ñõåìå
ðåííèì êëþ÷åâûì ÌÎÏ òðàíçèñòîðîì, íàçû-
íå áóäåò ñêâîçíûõ òîêîâ. Â Ôàçå 1 êëþ÷ B
âàþòñÿ èìïóëüñíûìè ñòàáèëèçàòîðàìè
îòêðûò, à êëþ÷ A çàêðûò. Êàòóøêà èíäóêòèâíîñ-
(switching regulators), â òî âðåìÿ êàê ïðåîáðà-
òè ïîäêëþ÷åíà ê âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ V , è
IN
çîâàòåëè, äëÿ êîòîðûõ òðåáóþòñÿ âíåøíèå
òîê ÷åðåç íåå òå÷åò îò V â íàãðóçêó.  Ôàçå 2
IN
Ðèñóíîê 2. Òîïîëîãèÿ ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ (ñëåâà), ôîðìà íàïðÿæåíèÿ è òîêîâ â ðàçëè÷íûõ
òî÷êàõ ñõåìû (ñïðàâà).
+
–
A
L
T
B
ØÈÌ ÂÊË.
ØÈÌ
+
–
A
L
B
ØÈÌ ÂÛÊË.
tON
COUT
ÍÀÃÐÓÇÊÀ
VOUT
IL
VIN
CIN
VSW
IB
DIL
IL
IB
IA
VSW
VOUT
tOFF
COUT
ÍÀÃÐÓÇÊÀ
VOUT
IL
VSW
IA
VIN
CIN

ÑÒÀÒÜÈ
îòêðûò êëþ÷ A, è çàêðûò B. Èíäóêòèâíîñòü ïîä-
ìîùíûõ ïðèëîæåíèÿõ ëó÷øóþ ýôôåêòèâ-
êëþ÷åíà ê «çåìëå», è òîê, ñïàäàÿ, ïåðåíîñèò
íîñòü äåìîíñòðèðóþò ñèíõðîííûå ïðåîáðàçî-
çàïàñåííóþ â êàòóøêå ýíåðãèþ â íàãðóçêó.
âàòåëè âñëåäñòâèå ìåíüøåãî ïàäåíèÿ íàïðÿ-
æåíèÿ íà ÌÎÏ òðàíçèñòîðå, ïî ñðàâíåíèþ ñ
Èìïóëüñíûå ñòàáèëèçàòîðû ìîãóò ðàáî-
äèîäîì Øîòòêè. Îäíàêî ÊÏÄ ñèíõðîííîãî ïðå-
òàòü â ðåæèìå íåïðåðûâíîé ïðîâîäèìîñòè
îáðàçîâàòåëÿ ïðè ìàëîé íàãðóçêå ìîæåò îêà-
(continuous conduction mode – CCM), â êîòîðîì
çàòüñÿ íåäîïóñòèìî íèçêèì, åñëè íèæíèé ÌÎÏ
òîê èíäóêòèâíîñòè íèêîãäà íå ñïàäàåò äî íóëÿ,
òðàíçèñòîð íå áóäåò âûêëþ÷àòüñÿ íà òî âðåìÿ,
è â ðåæèìå ïðåðûâèñòîé ïðîâîäèìîñòè
ïîêà òîê èíäóêòèâíîñòè ðàâåí íóëþ. Óñòðàíå-
(discontinuous conduction mode – DCM), êîãäà
íèå ýòîé ïðîáëåìû òðåáóåò äîïîëíèòåëüíûõ
òîê êàòóøêè èíäóêòèâíîñòè íåêîòîðîå âðåìÿ
ñõåìíûõ ðåøåíèé, ïðèâîäÿùèõ ê óñëîæíåíèþ
ìîæåò îòñóòñòâîâàòü. Â ìàëîìîùíûõ ïîíèæà-
ìèêðîñõåìû è óâåëè÷åíèþ åå öåíû.
þùèõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ïðåðûâèñòûé ðåæèì
èñïîëüçóåòñÿ î÷åíü ðåäêî. Ïðåîáðàçîâàòåëè
 ñîâðåìåííûõ ìàëîìîùíûõ ñèíõðîííûõ
îáû÷íî êîíñòðóèðóþò òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû
ïîíèæàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ îñíîâíûì
ïóëüñàöèè òîêà (current ripple), îáîçíà÷åííûå
ðàáî÷èì ðåæèìîì ÿâëÿåòñÿ øèðîòíî-
èìïóëüñíàÿ ìîäóëÿöèÿ (ØÈÌ). Â ýòîì ðåæèìå
íà Ðèñóíêå 2 êàê DI , ñîñòàâëÿëè 20 ... 50% îò
L
÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèÿ ïîñòîÿííà, à øèðèíà
íîìèíàëüíîãî òîêà íàãðóçêè.
èìïóëüñîâ (t ) èçìåíÿåòñÿ â ñîîòâåòñòâèè ñ
ON
 ïîíèæàþùåì ñèíõðîííîì ïðåîáðàçîâà-
òðåáóåìûì âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì. Ïîñòàâ-
òåëå, èçîáðàæåííîì íà Ðèñóíêå 3, ôóíêöèþ
ëÿåìàÿ â íàãðóçêó ñðåäíÿÿ ìîùíîñòü ïðîïîð-
êëþ÷åé A è B âûïîëíÿþò p- è n-êàíàëüíûé
öèîíàëüíà êîýôôèöèåíòó çàïîëíåíèÿ D, ÷òî
ÌÎÏ òðàíçèñòîðû, ñîîòâåòñòâåííî. Òåðìèí
äåëàåò ØÈÌ ýôôåêòèâíûì ñðåäñòâîì êîíòðî-
«ñèíõðîííûé» (synchronous) óêàçûâàåò íà òî,
ëÿ âûõîäíîé ìîùíîñòè.
÷òî â êà÷åñòâå íèæíåãî êëþ÷à èñïîëüçóåòñÿ
ÌÎÏ êëþ÷è óïðàâëÿþòñÿ êîíòðîëëåðîì
ÌÎÏ òðàíçèñòîð. Ïðåîáðàçîâàòåëè ñ äèîäîì
ØÈÌ, äëÿ ñòàáèëèçàöèè âûõîäà èñïîëüçóþ-
Øîòòêè íà ìåñòå íèæíåãî êëþ÷à íàçûâàþòñÿ
ùèì îáðàòíóþ ñâÿçü ëèáî ïî òîêó, ëèáî ïî
àñèíõðîííûìè, èëè íåñèíõðîííûìè. Â ìàëî-
íàïðÿæåíèþ. Ìàëîìîùíûå ïîíèæàþùèå
êîíâåðòåðû îáû÷íî ðàáîòàþò íà ÷àñòîòàõ
îò 1 äî 6 ÌÃö. Áîëåå âûñîêèå ÷àñòîòû
ïîçâîëÿþò ïðèìåíÿòü èíäóêòèâíîñòè ìåíü-
øèõ ðàçìåðîâ, íî ðàñïëàòîé çà ýòî ñòàíî-
âèòñÿ ñíèæåíèå ÊÏÄ, êîòîðûé ïàäàåò íà
2% ïðè êàæäîì óäâîåíèè ðàáî÷åé ÷àñòî-
òû.
Ïðè ìàëûõ òîêàõ íàãðóçêè ØÈÌ íå âñåã-
äà ÿâëÿåòñÿ ñàìûì ýôôåêòèâíûì ðåøå-
íèåì. Ðàññìîòðèì, ê ïðèìåðó, ñõåìó
óïðàâëåíèÿ ïèòàíèåì âèäåîêàðòû. Ïðè
ñìåíå ñþæåòîâ èçìåíÿåòñÿ òîê íàãðóçêè
ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, óïðàâëÿ-
Ðèñóíîê 3. Ïîíèæàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ñîñòîèò èç
ãåíåðàòîðà, êîíòðîëëåðà ØÈÌ ñ ïåòëåé
îáðàòíîé ñâÿçè è êëþ÷åâûõ ÌÎÏ òðàíçèñòî-
ðîâ.
+
–
VIN
IA
ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ
A
B
ÍÀÃÐÓÇÊÀ
VOUT
COUT
IL
IB
ÑÕÅÌÛ
ÓÏÐÀÂËÅ-
ÍÈß
ØÈÌ
CIN
VSW
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÑÒÀÒÜÈ
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
ïðåîáðàçîâàòåëåì. Ïîýòîìó â ïîíèæàþùèõ
ïðåîáðàçîâàòåëÿõ, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ
ïîðòàòèâíûõ ïðèëîæåíèé, èñïîëüçóþòñÿ
äîïîëíèòåëüíûå ìåòîäû ñíèæåíèÿ ìîùíîñòè,
òàêèå êàê ÷àñòîòíî-èìïóëüñíàÿ ìîäóëÿöèÿ,
èëè ×ÈÌ (pulse-frequency modulation – PFM),
ïðîïóñê èìïóëüñîâ (pulse skipping) èëè æå êîì-
áèíàöèÿ îáîèõ ìåòîäîâ.
Ïðè âõîäå â ýêîíîìè÷íûé ðåæèì (power-
save mode – PSM) â ïîíèæàþùèõ ïðåîáðàçî-
âàòåëÿõ Analog Devices ïðîèñõîäèò ñëåäóþ-
ùåå. Ê ïîðîãó ØÈÌ äîáàâëÿåòñÿ ñìåùåíèå, â
ðåçóëüòàòå êîòîðîãî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå
þùåãî ãðàôè÷åñêèì ïðîöåññîðîì. ØÈÌ â
íà÷èíàåò ïîäíèìàòüñÿ è äîñòèãàåò âåëè÷èíû,
ðåæèìå íåïðåðûâíîé ïðîâîäèìîñòè ñïîñîáíà
ïðèáëèçèòåëüíî íà 1.5% ïðåâûøàþùåé íîìè-
ñòàáèëèçèðîâàòü ïèòàíèå â î÷åíü øèðîêîì
íàëüíûé óðîâåíü ñòàáèëèçàöèè ØÈÌ. Â ýòîò
äèàïàçîíå âûõîäíûõ òîêîâ, íî, ïî ìåðå ñíèæå-
ìîìåíò ØÈÌ âûêëþ÷àåòñÿ, îáà êëþ÷à çàêðû-
íèÿ íàãðóçêè, ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñòðåìè-
âàþòñÿ, è ìèêðîñõåìà ïåðåõîäèò â ðåæèì îæè-
òåëüíî ïàäàåò âñëåäñòâèå âîçðàñòàíèÿ îòíî-
äàíèÿ (idle mode). Âûõîäíîé êîíäåíñàòîð C
OUT
ñèòåëüíîé äîëè òîêà, ïîòðåáëÿåìîãî ñàìèì
íà÷èíàåò ðàçðÿæàòüñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà V íå
OUT
Ðèñóíîê 4. Òèïîâàÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ ìèêðîñõåì
ADP2138/ADP2139.
ADP2138/
ADP2139
VOUT
1μH
4.7 μF
SW
GND
EN
ÂÊË
ÂÛÊË
MODE
ÏÐÈÍÓÄÈÒÅËÜÍÀß
ØÈÌ
ÀÂÒÎ
2.3 ...5.5Â
4.7 μF
VOUT
VIN
Ðèñóíîê 5. Çàâèñèìîñòü ÊÏÄ ïðåîáðàçîâàòåëÿ ADP2138 îò òîêà íàãðóçêè â ðåæèìå ØÈÌ ñ íåïðåðûâ-
íîé ïðîâîäèìîñòüþ (à) è â ðåæèìå ïîíèæåííîãî ïîòðåáëåíèÿ (á).
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.001
0.01
(à)
0.1
1
ÊÏÄ(%)
(á)
V=2.3Â
IN
V=3.6Â
IN
V=4.2Â
IN
V=5.5Â
IN
I (À)
OUT
0.001
0.01
0.1
1
I (À)
OUT
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
ÊÏÄ(%)
V=2.3Â
IN
V=3.6Â
IN
V=4.2Â
IN
V=5.5Â
IN

ÑÒÀÒÜÈ
óïàäåò äî óðîâíÿ, ïðè êîòîðîì âîññòàíàâ-
ëèâàåòñÿ ñòàáèëèçàöèÿ ØÈÌ. Ïîäêëþ÷à-
åòñÿ èíäóêòèâíîñòü, è V
âíîâü íà÷èíàåò
OUT
ðàñòè. Ýòîò ïðîöåññ ïîâòîðÿåòñÿ äî òåõ
ïîð, ïîêà òîê íàãðóçêè íå ïðåâûñèò óñòà-
íîâëåííûé ïîðîã.
ADP2138 – êîìïàêòíûé ïîíèæàþùèé
DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëü ñ âûõîäíûì
òîêîì 800 ìÀ è ðàáî÷åé ÷àñòîòîé 3 ÌÃö.
Òèïè÷íàÿ ñõåìà åãî âêëþ÷åíèÿ ïîêàçàíà
íà Ðèñóíêå 4. Ðèñóíîê 5 èëëþñòðèðóåò
áëàãîïðèÿòíîå âëèÿíèå íà ÊÏÄ àâòîìàòè-
ADP125 (Ðèñóíîê 6) Li-Ion àêêóìóëÿòîð ñïîñî-
÷åñêîãî ïåðåêëþ÷åíèÿ ØÈÌ/PSM.  íåêîòî-
áåí îòäàâàòü â íàãðóçêó òîê 500 ìÀ ïðè íàïðÿ-
ðûõ ñëó÷àÿõ ïåðåìåííàÿ ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷å-
æåíèè 0.8 Â. Ïðè ýòîì ÊÏÄ ñòàáèëèçàòîðà,
íèÿ â ðåæèìå PSM çàòðóäíÿåò ôèëüòðàöèþ
ðàâíûé
ïîìåõ, ïîýòîìó ìíîãèå ïîíèæàþùèå ïðåîáðà-
V /V ́ 100% = 0.8/4.2 ́ 100%,
çîâàòåëè èìåþò âûâîä MODE (ñì. Ðèñóíîê 4),
OUT IN
ïîçâîëÿþùèé ïîëüçîâàòåëþ ïðèíóäèòåëüíî
ñîñòàâëÿåò ëèøü 19%. Âñÿ íåèñïîëüçóå-
âêëþ÷àòü ðåæèì ØÈÌ, èëè ðàçðåøàòü ïðåîá-
ìàÿ ýíåðãèÿ, 81% (1.7 Âò), ðàññåèâàåòñÿ êîðïó-
ðàçîâàòåëþ ïåðåêëþ÷àòüñÿ ìåæäó ØÈÌ è
ñîì â âèäå òåïëà, êîòîðîå ìîæåò ñòàòü ïðè÷è-
PSM àâòîìàòè÷åñêè.  îòäåëüíûõ ìèêðîñõå-
íîé áûñòðîãî ïåðåãðåâà ïîðòàòèâíîãî óñòðî-
ìàõ âûâîä MODE ìîæåò ïðåäíàçíà÷àòüñÿ äëÿ
éñòâà. Èìïóëüñíûé ïðåîáðàçîâàòåëü
äèíàìè÷åñêîãî ïåðåõîäà â ðåæèì ïîíèæåííî-
ADP2138, ðàáî÷èé ÊÏÄ êîòîðîãî ïðè âõîäíîì
ãî ýíåðãîïîòðåáëåíèÿ.
íàïðÿæåíèè 4.2 Â è âûõîäíîì 0.8 Â ðàâåí 82%,
ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü ýôôåêòèâíîñòü áîëåå
÷åì â 4 ðàçà è ñîêðàòèòü âûäåëåíèå òåïëà. Âîò
ïî÷åìó â ïîñëåäíèå ãîäû íàáëþäàåòñÿ áóì
Ïîâûøåííûé ÊÏÄ ïðîäëåâàåò âðåìÿ ðàáî-
ðàçðàáîòêè íîâûõ èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâà-
òû äî ñìåíû èëè ïåðåçàðÿäà áàòàðåé, ÷òî äëÿ
òåëåé äëÿ ïîðòàòèâíîé àïïàðàòóðû.
íîâûõ ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ ìîæíî ñ÷èòàòü
îäíîé èç âàæíåéøèõ õàðàêòåðèñòèê. Íàïðè-
ìåð, ïðè èñïîëüçîâàíèè LDO ñòàáèëèçàòîðà
Ïîíèæàþùèå ïðåîáðàçîâàòåëè
óëó÷øàþò ÊÏÄ
Ðèñóíîê 6. LDO ñòàáèëèçàòîð ìîæåò îòäàâàòü â
íàãðóçêó òîê 500 ìÀ.
2
4
1
5
8
VOUT
ADJ
NC
GND
VIN
EN
C2
R1
R2
C1
ADP125
7
3
6
ÂÛÊË
ÂÊË
Li-Ion
ÁÀÒÀÐÅß
LOAD
VIN
V=4.2Â
IN
V=0.8Â
OUT
VOUT
I=500ìÀ
L
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÑÒÀÒÜÈ
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
Äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé (Input Voltage Range):
Äèàïàçîí âõîäíûõ íàïðÿæåíèé ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ îïðåäåëÿåò íàèìåíüøåå äîïóñ-
òèìîå íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ.  ñïðàâî÷íèêàõ ýòîò ïàðàìåòð ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåí
âåñüìà øèðîêèì äèàïàçîíîì, íî äëÿ ýôôåêòèâíîé ðàáîòû ñõåìû V âñåãäà äîëæíî ïðåâûøàòü
IN
V . Íàïðèìåð, ÷òîáû ïîëó÷èòü ñòàáèëèçèðîâàííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå 3.3.Â, âõîäíîå
OUT
íàïðÿæåíèå äîëæíî ïðåâûøàòü 3.8 Â.
Ñîáñòâåííûé òîê ïîòðåáëåíèÿ, èëè òîê îáùåãî âûâîäà (Ground or Quiescent Current):
Îáîçíà÷àåìûé îáû÷íî áóêâàìè I ïîñòîÿííûé òîê, íå èäóùèé â íàãðóçêó. ×åì ìåíüøå I , òåì
Q
Q
âûøå ÊÏÄ óñòðîéñòâà. Â ñïåöèôèêàöèÿõ íà ìèêðîñõåìû I ìîæåò ïðèâîäèòüñÿ äëÿ ñàìûõ ðàçíî-
Q
îáðàçíûõ óñëîâèé, âêëþ÷àÿ áëîêèðîâêó ìèêðîñõåìû, ðåæèì îáëåã÷åííîé íàãðóçêè, ðåæèì ×ÈÌ
èëè ØÈÌ. Ïîýòîìó ëó÷øå âñåãî, åñëè âûáîð ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, íàèáîëåå ïîäõîäÿ-
ùåãî äëÿ ñîçäàâàåìîãî ïðèëîæåíèÿ, áóäåò îñíîâûâàòüñÿ íà ôàêòè÷åñêèõ äàííûõ î ÊÏÄ óñòðî-
éñòâà ïðè êîíêðåòíûõ ðàáî÷èõ òîêàõ è íàïðÿæåíèÿõ íàãðóçêè.
Òîê â ðåæèìå îòêëþ÷åíèÿ (Shutdown Current):
Âõîäíîé òîê, ïîòðåáëÿåìûé ïðåîáðàçîâàòåëåì, îòêëþ÷åííûì ïî âûâîäó ðàçðåøåíèÿ. Êàê ïðà-
âèëî, äëÿ ìàëîìîùíûõ ïîíèæàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýòîò òîê çíà÷èòåëüíî ìåíüøå 1 ìêÀ.
Ýòîò ïàðàìåòð î÷åíü âàæåí äëÿ ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ ñ áàòàðåéíûì ïèòàíèåì, â êîòîðûõ ïðåä-
óñìîòðåí ñïÿùèé ðåæèì.
Òî÷íîñòü ñòàáèëèçàöèè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (Output Voltage Accuracy):
Ïîíèæàþùèå ïðåîáðàçîâàòåëè Analog Devices èìåþò âûñîêóþ òî÷íîñòü ñòàáèëèçàöèè. Òàê, áëà-
ãîäàðÿ çàâîäñêîé ïîäñòðîéêå, ïîãðåøíîñòü óñòðîéñòâ ñ ôèêñèðîâàííûì âûõîäîì ïðè òåìïåðà-
òóðå 25 °C íå ïðåâûøàåò ±2%. Òî÷íîñòü ñòàáèëèçàöèè ïðèâîäèòñÿ â ñïåöèôèêàöèÿõ äëÿ ðàçëè÷-
íûõ çíà÷åíèé òåìïåðàòóðû, âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è òîêà íàãðóçêè, è äëÿ íàèõóäøåãî ñëó÷àÿ
âûðàæàåòñÿ â ïðîöåíòàõ.
Íåñòàáèëüíîñòü ïî âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ (Line Regulation):
Õàðàêòåðèçóåò ñòåïåíü âëèÿíèÿ èçìåíåíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäíîå ïðè íîìèíàëüíîé
íàãðóçêå.
Íåñòàáèëüíîñòü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè èçìåíåíèè íàãðóçêè (Load Regulation):
Ýòîò ïàðàìåòð ÿâëÿåòñÿ ìåðîé âëèÿíèÿ èçìåíåíèé òîêà íàãðóçêè íà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå. Ïðè
ìåäëåííîì èçìåíåíèè íàãðóçêè áîëüøèíñòâî ïîíèæàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ìîãóò ñòàáèëèçè-
ðîâàòü íàïðÿæåíèå ñ î÷åíü âûñîêîé òî÷íîñòüþ.
Êëþ÷åâûå ïîíÿòèÿ, îòíîñÿùèåñÿ ê ïîíèæàþùèì
ïðåîáðàçîâàòåëÿì

ÑÒÀÒÜÈ
Ïåðåõîäíûé ðåæèì ïðè èçìåíåíèÿõ íàãðóçêè (Load Transients):
Îøèáêè ïåðåõîäíîãî ðåæèìà ìîãóò âîçíèêàòü ïðè áûñòðûõ ñêà÷êàõ òîêà íàãðóçêè, âûçûâàþùèõ
ïåðåêëþ÷åíèå ðåæèìîâ îò ØÈÌ ê ×ÈÌ, è íàîáîðîò. Ïàðàìåòðû ïåðåõîäíîãî ðåæèìà íå âñåãäà
ïðèâîäÿòñÿ â äîêóìåíòàöèè, íî â áîëüøèíñòâå îïèñàíèé ìîæíî íàéòè îñöèëëîãðàììû, èëëþñ-
òðèðóþùèå ðåàêöèþ íà ñêà÷êè íàãðóçêè ïðè ðàçëè÷íûõ ðàáî÷èõ óñëîâèÿõ.
Îãðàíè÷åíèå òîêà (Current Limit):
 ïîíèæàþùèå ïðåîáðàçîâàòåëè, ïîäîáíûå ADP2138, âñòðîåíû çàùèòíûå ñõåìû, îãðàíè÷èâàþ-
ùèå âåëè÷èíó ïîëîæèòåëüíîãî òîêà, ïðîòåêàþùåãî ÷åðåç p-ÌÎÏ òðàíçèñòîð ñèëîâîãî êëþ÷à è
ñèíõðîííûé âûïðÿìèòåëü. Ôàêòè÷åñêè, ýòî îçíà÷àåò îãðàíè÷åíèå òîêà, òåêóùåãî îò âõîäà ê âûõî-
äó. Îãðàíè÷èòåëü îòðèöàòåëüíîãî òîêà ïðåäîòâðàùàåò ïîÿâëåíèå â èíäóêòèâíîñòè òîêà îáðàòíî-
ãî íàïðàâëåíèÿ, âûòåêàþùåãî èç íàãðóçêè.
Ìÿãêèé ñòàðò (Soft Start):
Ýòî âàæíàÿ äëÿ ïîíèæàþùèõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ôóíêöèÿ, çàêëþ÷àþùàÿñÿ â óïðàâëåíèè ñêîðîñ-
òüþ íàðàñòàíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ â öåëÿõ îãðàíè÷åíèÿ áðîñêîâ òîêà. Ìÿãêèé ñòàðò ïîçâî-
ëÿåò íå äîïóñêàòü ïðîñåäàíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïîäêëþ÷åííûõ ê âõîäó ïðåîáðàçîâàòåëÿ áàòàðåé èëè
âûñîêîèìïåäàíñíûõ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ. Âíóòðåííèé öèêë ìÿãêîãî ñòàðòà íà÷èíàåòñÿ ïîñëå
âêëþ÷åíèÿ óñòðîéñòâà ïî âõîäó ðàçðåøåíèÿ ENABLE (EN).
Âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ (Start-Up Time):
Âðåìÿ ìåæäó íàðàñòàþùèì ôðîíòîì ñèãíàëà ðàçðåøåíèÿ è ìîìåíòîì äîñòèæåíèÿ âûõîäíûì
íàïðÿæåíèåì V 90% íîìèíàëüíîãî óðîâíÿ. Ïðîâåðêà ýòîãî ïàðàìåòðà îáû÷íî âûïîëíÿåòñÿ
OUT
ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ V ïðè ïåðåõîäå âûâîäà ðàçðåøåíèÿ èç ñîñòîÿíèÿ ÂÛÊË â ñîñòîÿíèå ÂÊË.
IN
 òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà âûâîäû EN è V ñîåäèíåíû, âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ ìîæåò ñóùåñòâåííî óâåëè-
IN
÷èòüñÿ, òàê êàê ïåòëå îáðàòíîé ñâÿçè òðåáóåòñÿ âðåìÿ äëÿ îòðàáîòêè îøèáêè. Âðåìÿ âûêëþ÷åíèÿ
ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ – âàæíûé ïàðàìåòð äëÿ ïðèëîæåíèé, â êîòîðûõ ïðåîáðàçîâà-
òåëü ÷àñòî âêëþ÷àåòñÿ è âûêëþ÷àåòñÿ, ò.å., ïðåæäå âñåãî, äëÿ ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâ.
Îòêëþ÷åíèå ïðè ïåðåãðåâå (Thermal Shutdown – TSD):
Åñëè òåìïåðàòóðà ïåðåõîäà ïðåâûøàåò óñòàíîâëåííûé ïîðîã, çàùèòíàÿ ñõåìà âûêëþ÷àåò ïðå-
îáðàçîâàòåëü. Ïðè÷èíîé ïåðåãðåâà êðèñòàëëà ìîæåò áûòü áîëüøîé òîê íàãðóçêè, ïëîõîå îõëàæ-
äåíèå ñõåìû èëè âûñîêàÿ îêðóæàþùàÿ òåìïåðàòóðà. Ñõåìà çàùèòû îáÿçàòåëüíî äîëæíà èìåòü
ãèñòåðåçèñ, ÷òîáû íå äîïóñêàòü âêëþ÷åíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëÿ äî âîçâðàùåíèÿ òåìïåðàòóðû êðèñ-
òàëëà ê óñòàíîâëåííîìó ðàáî÷åìó óðîâíþ.
Ðåæèì ñî 100% êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ (100% Duty Cycle Operation):
Ïðè ïðîâàëàõ V , èëè ïðè óâåëè÷åíèè I
ïîíèæàþùèé ñòàáèëèçàòîð ìîæåò îêàçàòüñÿ ó ïîðî-
IN
LOAD
ãà, êîãäà p-ÌÎÏ òðàíçèñòîð äîëæåí áûòü îòêðûò 100% âðåìåíè, è V
íà÷íåò ïàäàòü íèæå òðå-
OUT
áóåìîãî óðîâíÿ. ADP2138 ïëàâíî ïåðåâîäèò ñõåìó â ýòîò ðåæèì, à ïðè èçìåíåíèè ñîñòîÿíèÿ
âõîäà íåìåäëåííî ïåðåçàïóñêàåòñÿ â ðåæèìå ØÈÌ, íå äîïóñêàÿ âûáðîñîâ âûõîäíîãî íàïðÿæå-
íèÿ.
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÑÒÀÒÜÈ
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
Ðàçðÿäíûé êëþ÷ (Discharge Switch):
 íåêîòîðûõ óñòðîéñòâàõ ïðè î÷åíü ìàëîé íàãðóçêå íàïðÿæåíèå íà âûõîäå ïðåîáðàçîâàòåëÿ
ìîæåò ñîõðàíÿòüñÿ â òå÷åíèå íåêîòîðîãî âðåìåíè ïîñëå ïåðåâîäà ñèñòåìû â ñïÿùåé ðåæèì.
Åñëè ïðîöåññ ïîñëåäóþùåãî âêëþ÷åíèÿ íà÷íåòñÿ äî çàâåðøåíèÿ ðàçðÿäà âûõîäíîãî íàïðÿæå-
íèÿ, âîçìîæíû áëîêèðîâêà èëè ïîâðåæäåíèå ñèñòåìû. Â ïðåîáðàçîâàòåëå ADP2139 èìååòñÿ
âñòðîåííûé ðåçèñòîð ñîïðîòèâëåíèåì ïîðÿäêà 100 Îì, ÷åðåç êîòîðûé ïðîèñõîäèò ðàçðÿä âûõî-
äà ïîñëå ïîäà÷è íèçêîãî óðîâíÿ íà âõîä EN, èëè ïðè çàùèòíîì îòêëþ÷åíèè ìèêðîñõåìû.
Áëîêèðîâêà ïèòàíèÿ ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè (Undervoltage Lockout – UVLO):
Ýòà ôóíêöèÿ ãàðàíòèðóåò, ÷òî íàïðÿæåíèå íà íàãðóçêó íå áóäåò ïîäàíî ðàíüøå, ÷åì âõîäíîå
íàïðÿæåíèå ïðåîáðàçîâàòåëÿ äîñòèãíåò çàäàííîãî ïîðîãà. Âàæíîå çíà÷åíèå áëîêèðîâêè çàêëþ-
÷àåòñÿ â âîçìîæíîñòè èñêëþ÷èòü ïîäà÷ó ïèòàíèÿ äî óñòàíîâëåíèÿ ðàáî÷åãî óðîâíÿ âõîäíîãî
íàïðÿæåíèÿ.

ÑÒÀÒÜÈ
íåîáõîäèìûõ âíåøíèõ êîìïîíåíòîâ. Èçîáðà-
Ïîíèæàþùèå DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëè
æåííàÿ íà Ðèñóíêå À ìèêðîñõåìà ADP2139
ADP2138 è ADP2139 îïòèìèçèðîâàíû äëÿ
îòëè÷àåòñÿ íàëè÷èåì äîïîëíèòåëüíîãî ðàç-
èñïîëüçîâàíèÿ â áåñïðîâîäíûõ òåëåôîíàõ,
ðÿäíîãî êëþ÷à. Ìèêðîñõåìû âûïóñêàþòñÿ â
ïåðñîíàëüíûõ ìåäèà ïëååðàõ, öèôðîâûõ
êîìïàêòíîì 6-âûâîäíîì êîðïóñå WLCSP ðàç-
êàìåðàõ è äðóãèõ ïîðòàòèâíûõ óñòðîéñòâàõ.
Ìèêðîñõåìû ìîãóò ðàáîòàòü â ðåæèìå ïðèíó-
ìåðîì 1 ́ 1.5 ìì, ðàáîòàþò â äèàïàçîíå òåì-
äèòåëüíîé ØÈÌ, â êîòîðîì ïóëüñàöèè âûõîä-
ïåðàòóð îò –40 äî +125 °C, è â ïàðòèÿõ 1000 øò.
íîãî íàïðÿæåíèÿ ìèíèìàëüíû, èëè æå àâòîìà-
ïðîäàþòñÿ ïî $0.90 çà îäèí ïðèáîð.
òè÷åñêè ïåðåêëþ÷àòüñÿ
ìåæäó ØÈÌ è PSM äëÿ
óâåëè÷åíèÿ ÊÏÄ ïðè
îáëåã÷åííîé íàãðóçêå.
Äèàïàçîíîì âõîäíûõ
íàïðÿæåíèé îò 2.3 äî
5.5. Â îïðåäåëÿåòñÿ
ñïîñîáíîñòü ïðåîáðà-
çîâàòåëåé ðàáîòàòü îò
ñòàíäàðòíûõ èñòî÷íè-
êîâ ïèòàíèÿ, âêëþ÷àÿ
ëèòèåâûå, ùåëî÷íûå è
NiMH áàòàðåè. Âûïóñ-
êàþòñÿ ìíîãî÷èñëåí-
íûå îïöèè ñ ôèêñèðî-
âàííûì âûõîäíûì
íàïðÿæåíèåì îò 0.8 äî
3.3 Â, òîêîì íàãðóçêè
800 ìÀ è òî÷íîñòüþ 2%.
Âíóòðåííèé ñèëîâîé
êëþ÷ è ñèíõðîííûé
âûïðÿìèòåëü óëó÷øà-
þò ýôôåêòèâíîñòü
ïðåîáðàçîâàòåëÿ è
ñîêðàùàþò êîëè÷åñòâî
Ïðèëîæåíèå
Ñèíõðîííûå ïîíèæàþùèå DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëè ñ âûõîäíûì òîêîì 800 ìÀ è
ðàáî÷åé ÷àñòîòîé 3 ÌÃö
Ðèñóíîê À. Ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ADP2139.
ÑÕÅÌÀ
ÓÏÐÀÂËÅÍÈß
ØÈÌ/
×ÈÌ
ILIMIT
ÎÁËÅÃ×ÅÍÍÀß
ÍÀÃÐÓÇÊÀ
ÊÎÌÏÀÐÀÒÎÐ
×ÈÌ
ÌßÃÊÈÉ ÑÒÀÐÒ
ÁËÎÊÈÐÎÂÊÀ
ÏÈÒÀÍÈß
ÎÒÊËÞ×ÅÍÈÅ
ÏÐÈ ÏÅÐÅÃÐÅÂÅ
ÄÐÀÉÂÅÐ È
ÇÀÙÈÒÀ
ÎÒ ÂÛÁÐÎÑÎÂ
ÃÅÍÅÐÀÒÎÐ
ÊÎÌÏÀÐÀÒÎÐ
ØÈÌ
ÓÑÈËÈÈÒÅËÜ
ÎØÈÁÊÈ
ADP2139
VOUT
MODE
GND
EN
SW
VIN
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÑÕÅÌÛ
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012
Ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ
íà îñíîâå ØÈÌ ìèêðîêîíòðîëëåðà
Äëÿ ãåíåðàöèè îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ äîñòàòî÷íî äâóõ äèîäîâ è äâóõ êîíäåíñà-
òîðîâ
Jeff Wilson, STMicroelectronics
EDN
4.6 Â
D1
C2
0.1 ìêÔ
C1
0.1 ìêÔ
R1
180
BAT54S
Ñäâîåííûé
äèîä Øîòêè
ØÈÌ
0...5Â
Êîýôôèöèåíò
çàïîëíåíèÿ 50%
Ðèñóíîê 1. Äèîäíî-êîíäåíñàòîðíûé ïðåîáðàçî-
âàòåëü íàïðÿæåíèÿ.
ØÈÌ äâóõ êîíäåíñàòîðîâ, ñáîðêè äèîäîâ Øîò-
 ïðîñòîé ñõåìå óäàëåííîãî äàò÷èêà ñ
òêè BAT54S è îãðàíè÷èâàþùåãî ðåçèñòîðà
ìàëåíüêèì ìèêðîêîíòðîëëåðîì áûëî âñåãî
óäàëîñü ñäåëàòü èíâåðòèðóþùèé ïðåîáðàçî-
òðè âûâîäà: +5 Â, îáùèé è âûõîä äàííûõ RS-
âàòåëü íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 1).
232. Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ äâóïîëÿðíîãî ñèãíà-
ëà ïåðåäàò÷èêà (±3 Â) ïîòðåáîâàëñÿ èñòî÷íèê
Óïðàâëÿþùèé èíâåðòîðîì ñèãíàë íà âûâî-
îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ. DC/DC ïðåîáðà-
äå ØÈÌ ìèêðîêîíòðîëëåðà ïðåäñòàâëÿåò
çîâàòåëü íå âïèñûâàëñÿ â îáùèé áþäæåò
ñîáîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ïðÿìîóãîëüíûõ
óñòðîéñòâà, äà è òîê, ïîòðåáëÿåìûé ïåðåäàò-
èìïóëüñîâ ñ ÷àñòîòîé 1 êÃö, ñêâàæíîñòüþ 2 è
÷èêîì, íå ïðåâûøàë 1 ìÀ. Çàòî â ìèêðîêîí-
ðàçìàõîì 5 Â. Ïðè âûñîêîì íàïðÿæåíèè íà
òðîëëåðå îñòàâàëñÿ íåçàäåéñòâîâàííûì
âûõîäå ØÈÌ çàðÿæàåòñÿ êîíäåíñàòîð C . Ïðè
1
âûõîä øèðîòíî-èìïóëüñíîãî ìîäóëÿòîðà
ýòîì íèæíèé ïî ñõåìå äèîä D îòêðûò è ñîåäè-
1
(ØÈÌ), ñïîñîáíûé îòäàâàòü ±5 ìÀ ïðè àìïëè-
íÿåò âûâîä C ñ «çåìëåé». Êîãäà íàïðÿæåíèå
1
òóäå èìïóëüñîâ ïî÷òè ðàâíîé íàïðÿæåíèþ
íà âûõîäå ØÈÌ îïóñêàåòñÿ, çàðÿä ïåðåíîñèò-
ïèòàíèÿ. Ñ ïîìîùüþ ïîäêëþ÷åííûõ ê âûâîäó
ñÿ èç C â C ÷åðåç îòêðûâøèéñÿ âåðõíèé äèîä
1
2
ñáîðêè D . Îäíîâðåìåííî çàðÿä èíâåðòèðóåò-
1
ñÿ âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî ïîëîæèòåëüíî çàðÿ-
æåííûé âûâîä C ïîäêëþ÷àåòñÿ ïî÷òè ê ïîòåí-
1
öèàëó «çåìëè». Çàòåì íà âûõîäå ØÈÌ âíîâü
ïîÿâëÿåòñÿ âûñîêèé óðîâåíü, è öèêë ïîâòîðÿ-
åòñÿ.
Èç çà ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà êàæäîì èç
äèîäîâ ñáîðêè D , ðàâíîãî, êàê ìèíèìóì, 0.2 Â,
1
ïîëó÷èòü –5  èç íàïðÿæåíèÿ +5  íåâîçìîæ-
íî. Ðåàëüíîå íàïðÿæåíèå íà âûõîäå áóäåò

ÑÕÅÌÛ
Ô
10
1
Îì
1000
Ãö
1000
10
1
R
F
10
1
C
7-
́
=
́
́
=
́
́
=
,
R
F
10
1
C
́
́
=
Îì
1000
À
0.005
Â
5
I
V
R
=
=
=
I
V
R=
ïîðÿäêà –4.6 Â, òàê êàê â êàæäîé ôàçå ïåðå-
â êîòîðîì
êëþ÷åíèÿ áóäóò òåðÿòüñÿ 0.2 Â. Îãðàíè÷èâàþ-
V – àìïëèòóäà èìïóëüñîâ íà âûõîäå ØÈÌ
ùèé ðåçèñòîð R íåîáõîäèì ëèøü â òîì ñëó-
1
(Â),
÷àå, êîãäà ìèêðîêîíòðîëëåð, ãåíåðèðóþùèé
I – íàãðóçî÷íàÿ ñïîñîáíîñòü âûõîäà (À).
ØÈÌ ñèãíàë, äîëæåí áûòü çàùèùåí îò èìïó-
Íàïðèìåð, äëÿ íàøåé ñõåìû:
ëüñíûõ ïîìåõ, íàïðèìåð, ïðè èñïîëüçîâàíèè
àíàëîãîâûõ âõîäîâ ìèêðîêîíòðîëëåðà. Óêà-
çàííûå íà ñõåìå íîìèíàëû ýëåìåíòîâ ðàññ÷è-
òàíû äëÿ ÷àñòîòû ØÈÌ 1 êÃö. Äëÿ äðóãèõ ÷àñ-
òîò åìêîñòè ïåðåñ÷èòûâàþòñÿ ïî ôîðìóëå:
è
ãäå
èëè 0.1 ìêÔ.
C – âåëè÷èíà åìêîñòè C è C (Ô),
1
2
Ýòó ñõåìó ìîæíî èñïîëüçîâàòü, òàêæå, â
F – ÷àñòîòà ØÈÌ (Ãö),
êà÷åñòâå èñòî÷íèêà îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæå-
R – ýêâèâàëåíòíîå ñîïðîòèâëåíèå öåïè,
íèÿ äëÿ ÀÖÏ, ÖÀÏ è ÎÓ ñ äâóïîëÿðíûì ïèòà-
ïîäêëþ÷åííîé ê âûõîäó ØÈÌ (Îì).
íèåì. Íå èñêëþ÷åíî, ÷òî ïðè ïèòàíèè àíàëîãî-
âûõ öåïåé äëÿ óìåíüøåíèÿ ðàçìàõà êîììóòà-
Äëÿ ðàñ÷åòà ñîïðîòèâëåíèÿ, íàãðóæàþùå-
öèîííûõ âûáðîñîâ âàì ïðèäåòñÿ äîáàâèòü íà
ãî âûõîä ØÈÌ, èñïîëüçóåòñÿ ïðîñòîå ñîîòíî-
âûõîä ôèëüòð èëè ìèêðîìîùíûé ëèíåéíûé
øåíèå:
ñòàáèëèçàòîð.
ÐàäèîËîöìàí – ôåâðàëü 2012

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2012
Steven Lau, Ronald Moradkhan, Maxim Integrated Products
Electronic Design Europe
Óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì
èñòî÷íèê äâóíàïðàâëåííîãî òîêà
+
–
+
–
MAX4251
+5Â
0.1 ìêÔ
U1
20 ïÔ
R1
15.0 êÎì
200
+5Â
IL300-F
U2
+9Â
(èçîëèð.)
14.0 êÎì
RADJUST
2 êÎì
MAX4162
U3
0.1 ìêÔ
1 êÎì
N
N1
IXTH50N20
0.1
Îòâîä 4
0.9
Îòâîä 3
9
Îòâîä 2
90
Îòâîä 1
Ê ñòîêó N1
Íàãðóçêà
Íàãðóçêà
(à)
Ê îòâîäàì 1...4
Ê ñòîêó N1
Ê îòâîäàì 1...4
Ïëàâàþùèé
èñòî÷íèê
ïèòàíèÿ
(á)
+9Â
(èçîëèð.)
RSENSE
ILOAD
VISET
ILOAD
IP1 IP2
IF
Ýòîò èçîëèðîâàííûé ñòàáèëèçàòîð òîêà ñïîñîáåí îòäàâàòü â íàãðóçêó äî ±10 À. Âåëè÷èíà òîêà óñòà-
íàâëèâàåòñÿ ïîëîæåíèåì îòâîäà è óïðàâëÿþùèì íàïðÿæåíèåì V
.
ISET
Ïðè èçìåðåíèÿõ ÊÏÄ è íåñòàáèëüíîñòè
òðåáóåìîãî äèàïàçîíà òîêîâ, ê îäíîìó èç ïîêà-
âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ëèíåéíûõ è èìïó-
çàííûõ íà ñõåìå îòâîäîâ. Èçîëèðîâàííàÿ
ëüñíûõ ñòàáèëèçàòîðîâ ïîëåçíî èìåòü èçîëè-
ñòðóêòóðà ñõåìû ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü åå â
ðîâàííûé ðåãóëèðóåìûé èñòî÷íèê òîêà, èìè-
êà÷åñòâå èñòî÷íèêà êàê âòåêàþùåãî (à), òàê è
òèðóþùèé íàãðóçêó èññëåäóåìûõ óñòðîéñòâ.
âûòåêàþùåãî (á) òîêà. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ äîñòà-
(Ñì. ñõåìó íà ðèñóíêå). Íàãðóçêà ïîäêëþ÷àåò-
òî÷íîãî çàïàñà ðåãóëèðîâàíèÿ â êîíôèãóðà-
ñÿ ê ñòîêó òðàíçèñòîðà N1 è, â çàâèñèìîñòè îò
öèè ñ âûòåêàþùèì òîêîì ê íàãðóçêå íåîáõîäè-

ìî ïîäêëþ÷àòü ïëàâàþùèé èñòî÷íèê íàïðÿæå-
Íà ïðàêòèêå äâà òîêà îêàçûâàþòñÿ íå
ñîâñåì îäèíàêîâûìè, è ðàñõîæäåíèå ìåæäó
íèÿ, õîòÿ áû íà 1.75 Â ïðåâûøàþùèé íàïðÿæå-
êîýôôèöèåíòàìè ïåðåäà÷è ìîæåò äîñòèãàòü
íèå íà íàãðóçêå.
±6%. Äëÿ êîìïåíñàöèè ýòîé îøèáêè óñèëåíèÿ
Ñòàáèëèçàòîð òîêà ñîñòîèò èç òðåõ óçëîâ:
ñëóæèò ðåãóëèðîâî÷íûé ðåçèñòîð RADJUST.
! ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåíèå-òîê íà óñè-
Ïîñëå ïîäñòðîéêè êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ
ëèòåëå U1,
òîê I ñ ïðîòèâîïîëîæíîé ñòîðîíû èçîëèðóþ-
P2
! âòîðîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ íàïðÿæåíèå-
ùåãî áàðüåðà áóäåò ïðîïîðöèîíàëåí íàïðÿ-
òîê íà óñèëèòåëå U3,
æåíèþ V
íà íåèíâåðòèðóþùåì âõîäå U3.
ISET
! îïòîèçîëÿòîðà U2.
Óïðàâëÿÿ n-êàíàëüíûì MOSFET òðàíçèñ-
Äëÿ ïèòàíèÿ U3 íåîáõîäèì èçîëèðîâàííûé
òîðîì N1, îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü U3 óñòà-
èñòî÷íèê íàïðÿæåíèÿ 9 Â, äëÿ êîòîðîãî ìîæíî
íàâëèâàåò òîê íàãðóçêè â ñîîòâåòñòâèè ñ âûðà-
èñïîëüçîâàòü îáû÷íóþ áàòàðåþ.
æåíèåì
Âûõîäíîé òîê èñòî÷íèêà óñòàíàâëèâàåòñÿ
íàïðÿæåíèåì V
íà âõîäå U1, êîòîðîå
ISET
ìîæåò èçìåíÿòüñÿ îò 0 äî 1 Â. U1 óïðàâëÿåò
ñâåòîäèîäîì ëèíåéíîãî îïòðîíà, òîê IP1 ÷åðåç
Ñîïðîòèâëåíèå äàò÷èêà òîêà çàâèñèò îò
êîòîðûé äîñòèãàåò çíà÷åíèÿ V /R1.
ISET
òîãî, ê êàêîìó îòâîäó ïîäêëþ÷åíà íàãðóçêà.
Çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèé ìåæäó îòâîäàìè
ïîäîáðàíû òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû îáåñïå÷èòü
ðàáîòó èñòî÷íèêà òîêà â ïðåäåëàõ ÷åòûðåõ
äåêàä ïðè ìàêñèìàëüíîì òîêå 10 À. (Ñì. òàá-
ëèöó).
Ñëåäóåò ñäåëàòü îòäåëüíîå çàìå÷àíèå,
êàñàþùåãîñÿ òåïëîâîãî ðåæèìà ñõåìû. Äëÿ
Ïîñêîëüêó U2 ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíûì îïòðî-
íîì, ñîñòîÿùèì èç ñâåòîäèîäà, âõîäíîãî ôîòî-
äèîäà è âûõîäíîãî ôîòîäèîäà, ïðîòåêàþùèé
÷åðåç ñâåòîäèîä òîê I ñîçäàåò ñâåòîâîé ïîòîê,
F
ãåíåðèðóþùèé ïðîïîðöèîíàëüíûå òîêè âõîä-
íîãî (I ) è âûõîäíîãî (I ) ôîòîäèîäîâ. Â èäå-
P1
P2
àëüíîì ñëó÷àå òîêè äîëæíû áûòü ðàâíû, à
êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è, ñîîòâåòñòâåííî,
íàäåæíîé ðàáîòû âî âñåì çàÿâëåííîì äèàïà-
ðàâåí 1:
çîíå òîêîâ äîïóñòèìàÿ ìîùíîñòü ðàññåèâà-
íèÿ ðåçèñòîðîâ äàò÷èêà òîêà äîëæíà áûòü íå
ìåíüøå 1 Âò, à MOSFET òðàíçèñòîð N1, âîç-
ìîæíî, ïðèäåòñÿ óñòàíîâèòü íà òåïëîîòâîä.
1.
I
I
P2
P1
=
C
C
A
A
C
A
NC
NC
K1 K2
1
2
3
4
8
7
6
5
Ëèíåéíûé îïòðîí IL300 êîìïàíèè Vishay
.
R
V
I
SENSE
ISET
LOAD =
Îòâîä
RSENSE
(Îì)
Äèàïàçîí
òîêîâ íàãðóçêè
1
2
3
100
10
1
0...10ìÀ
100...100ìÀ
0...1À
4
0.1
0...10À
Âûáîð äèàïàçîíîâ òîêîâ íàãðóçêè
ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2012

îòêëþ÷åíèÿ (ÓÇÎ), ñðàáàòûâàþùåå çà âðåìÿ
Âàðèñòîðû îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ îãðà-
íè÷åíèÿ êîðîòêèõ âûáðîñîâ íàïðÿæåíèÿ, â
ìåíåå 25 ìñ ïðè òîêå 5 ìÀ. Ñõåìà ïîäêëþ÷àåò-
òèïè÷íîì ñëó÷àå, êîðî÷å 10 ìñ. Äëÿ îãðàíè÷å-
ñÿ ìåæäó ôàçíûì è íóëåâûì ïðîâîäàìè ÓÇÎ
íèÿ äëèòåëüíûõ ïåðåíàïðÿæåíèé, êîãäà ñåòå-
(Ðèñóíîê 1). Ïðè ïåðåíàïðÿæåíèè ñõåìà íà÷è-
âîå íàïðÿæåíèå ìîæåò ïðåâûøàòü 130 Â â
íàåò ïîòðåáëÿòü îò ñåòè ïåðåìåííîãî òîêà
òå÷åíèå ñåêóíä è ìèíóò, òðåáóþòñÿ äðóãèå
áîëåå 5 ìÀ, âûçûâàÿ ñðàáàòûâàíèå ÓÇÎ, êîòî-
ðåøåíèÿ.
ðîå, â ñâîþ î÷åðåäü, îòêëþ÷àåò íàãðóçêó îò
Òàêóþ çàùèòó ìîæåò îáåñïå÷èòü ñõåìà, â
ñåòè.
êîòîðîé èñïîëüçóåòñÿ óñòðîéñòâî çàùèòíîãî
Ïðè íîðìàëüíîì,
ðàâíîì 120 Â, íàïðÿæå-
íèè ñåòè òðàíçèñòîð Q1
ïðàêòè÷åñêè çàêðûò.
×åðåç ðåçèñòîðû R4,
R8, R2 è R3 ïðîòåêàåò
íà÷àëüíûé òîê ïîðÿäêà
0.7 ìÀ. Åñëè íàïðÿæå-
íèå ïðåâûøàåò 120 Â,
òðàíçèñòîð Q1 íà÷èíà-
åò ïðèîòêðûâàòüñÿ â
òå÷åíèå íåáîëüøîé
÷àñòè êàæäîãî ïîëóïå-
ðèîäà ñåòåâîãî íàïðÿ-
æåíèÿ, ôîðìèðóÿ
êîðîòêèå ïèêè òîêà.
Êîíäåíñàòîð C1 è äèîä
D1 ðàñòÿãèâàþò ýòè
Ðåãóëèðóåìûé îãðàíè÷èòåëü
ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ
íà îñíîâå ÓÇÎ
Jacques Audet, Êàíàäà
Electronic Design Europe
Ôàçíûé ïðîâîä ÓÇÎ
Çàùèòíûé
ïðîâîä
Íóëåâîé ïðîâîä ÓÇÎ
Âàðèñòîð,150Âñ.ê.ç.
D3
R4
75k, 1/4 Âò
R8
75k, 1/4 Âò
R2
10k
R3
32k
C3
1nF
D1
1N4148
R7
2.7k, 1/2 Âò
R6
2.7k, 1/2 Âò
R5
2.7k, 1/2 Âò
Q1
ZTX458
400 Â, Bmin = 100
C2
1nF
C1
0.47 μF
D2
1N4751A
30Â,5%
Ðèñóíîê 1. Ïîäêëþ÷èâ äâóõâûâîäíóþ ñõåìó ìåæäó ôàçíûì è íóëåâûì ïðîâîäà-
ìè ÓÇÎ, ìîæíî ñäåëàòü ðåãóëèðóåìûé îãðàíè÷èòåëü ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ.
ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2012

ÐàäèîËîöìàí – àïðåëü 2012
R6 è R7 â êîëëåêòîðå Q1 îãðàíè÷èâàþò ïèêî-
âûé òîê äî çíà÷åíèÿ íèæå 20 ìÀ. Ðåçèñòîðû
âêëþ÷åíû ïîñëåäîâàòåëüíî, ÷òîáû, ñ îäíîé
ñòîðîíû, ñíèçèòü âûäåëÿþùóþñÿ íà êàæäîì
èç íèõ ìîùíîñòü, à ñ äðóãîé, ðàñïðåäåëèòü
ìåæäó ðåçèñòîðàìè ïàäàþùåå íà íàãðóçêå
íàïðÿæåíèå. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî â ñõåìå
èñïîëüçóþòñÿ îáû÷íûå ðåçèñòîðû ñ ìàêñè-
ìàëüíûì ðàáî÷èì íàïðÿæåíèåì 200 Â.
Âàðèñòîð íà âõîäå ñõåìû îáðåçàåò ëþáûå
êðàòêîâðåìåííûå âûáðîñû äî óðîâíÿ ìåíåå
400 Â, çàùèùàÿ òàêèì îáðàçîì, òðàíçèñòîð
Q1. Ñòàáèëèòðîí D2 çàäàåò ïîðîãîâûé óðî-
âåíü âêëþ÷åíèÿ Q1. Äîïóñòèìàÿ ðàññåèâàå-
ìàÿ ìîùíîñòü ñòàáèëèòðîíà ðàâíà 1 Âò, à
äèíàìè÷åñêîå ñîïðîòèâëåíèå – 40 Îì, ÷òî
âàæíî äëÿ ìèíèìèçàöèè ñíèæåíèÿ ýôôåêòèâ-
ïèêè. Ðåçèñòîðû R4, R8, R2 è R3 îáðàçóþò
íîãî êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è òîêà òðàíçèñòî-
äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ, ïîäñòðîå÷íûì ïîòåí-
ðà. Êîíäåíñàòîðû C2 è C3 øóíòèðóþò äèîä D1
öèîìåòðîì R2 â êîòîðîì ìîæíî ðåãóëèðîâàòü
è ïåðåõîä áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1 äëÿ
íàïðÿæåíèå îãðàíè÷åíèÿ. Îáùåå ñîïðîòèâëå-
ïðåäîòâðàùåíèÿ ëîæíûõ ñðàáàòûâàíèé îò
íèå äåëèòåëÿ ïðåäñòàâëÿåò êîìïðîìèññ ìåæ-
âûñîêî÷àñòîòíûõ íàâîäîê.
äó íèçêèì íà÷àëüíûì òîêîì è àìïëèòóäîé
âûáðîñà íà ãðàôèêå, èçîáðàæåííîì íà Ðèñóí-
Ñîáðàííóþ íà íåáîëüøîé ïå÷àòíîé ïëàòå
êå 2.
ñõåìó ëåãêî ðàçìåñòèòü íà çàäíåé ñòåíêå êîð-
ïóñà ÓÇÎ. Çàìåòèì, ÷òî ïðåäëîæåííàÿ ñõåìà
 òèïè÷íîì ñëó÷àå Q1 íà÷èíàåò ïðîâîäèòü
íèêàê íå ìåøàåò âûïîëíåíèþ îñíîâíîé ôóíê-
òîê ïðè íàïðÿæåíèè ÷óòü âûøå 120  è âêëþ÷à-
öèè ÓÇÎ ïî çàùèòå îò óòå÷åê íà «çåìëþ».
åò ÓÇÎ ïðè íàïðÿæåíèè 133 Â. Ðåçèñòîðû R5,
Òîêîãðàíè÷èòåëÿ(ìÀ)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Ñåòåâîå íàïðÿæåíèå (Â)
0
20
40
60
80
100
120 140
Ðèñóíîê 2. Ïðè ïîðîãå ñðàáàòûâàíèÿ, óñòàíîâ-
ëåííîì íà óðîâíå 133 Â ñ.ê.ç ., ñõåìà ïîòðåáëÿåò
ïîðÿäêà 1 ìÀ ïðè íàïðÿæåíèè ñåòè 120 Â, è îêî-
ëî 7 ìÀ ïðè ñðàáàòûâàíèè îãðàíè÷èòåëÿ.

Ñêîðî íîâûå
òåì
à
òè÷åñêèå íîì åðà:
ÅñëèÂàìíåá
å
çðà ç ëè÷íû
ý
òèòåìû
èëèÂûÿ
â
ëÿ
å
ò åñü íîñèò
å
ëåì
ïåð
å
äîâûõ çíàíèé â ä ð óãèõ î
á
ëàñòÿõ
ý
ëåêòðîíèêè è
ã
î
òîâûèõ
ïîï
ó
ëÿðèçèðîâ
à
òü-
ï
ð
è
ãë
à
ø
à
å
ìêñ
îò
ðóä
í
è
÷
åñ
ò
âó
!
àóäèî
èíòåëëåêòóàëüíûå ïðèáîðû
ó÷åòà
àêêóìóëÿòîðû è çàðÿäíûå
óñòðîéñòâà
Æóðíàë äëÿ òåõ, êòî èíòåðåñóåòñÿ ýëåêòðîíèêîé
Æóðíàë äëÿ òåõ, êòî èíòåðåñóåòñÿ ýëåêòðîíèêîé
w
w
w
.
rlocma
n.ru

КенМарасКо(KenMarasco)ken.marasco@analog.comДляполучениявысокогонапряжениявсистемахспитаниемотбатарейилиаккумуляторовиспользуютпоследо-вательноевключениенесколькихпитающихэлементов.Однакоиз-заограничений,на-кладываемыхнагабаритыустройств,этоневсегдавозможно.Выход—виспользованииповышаю-щихимпульсныхпреобразователейпосто-янноготока.Принципихдействияоснованнаприменениимагнитногополякатушкииндуктивностидляпоочередногозапасанияэнергииипередачиеевнагрузкусдругимуровнемнапряжения.Благодарямалымпо-терямонихорошоподходятдлязадач,гдетребуетсявысокийКПД.Длясниженияпуль-сацийвыходногонапряженияквыходупре-образователяподключаютсяконденсаторы.Повышающиеимпульсныепреобразовате-ли,обсуждаемыевэтойстатье,используютсядляполученияболеевысокогонапряжения,втовремякакпонижающиеимпульсныепреобразователи,обсуждавшиесявпредыду-щейстатье[1],нужныдляполученияболеенизкогонапряжения.Напомним,импульс-ныепреобразователи,имеющиевнутренниеключинаполевыхтранзисторах,называ-ютсярегуляторами,аустройства,длякото-рыхнеобходимывнешниеполевыетранзи-сторы,—контроллерамиимпульсныхпре-образователей.Повышениенапряжениястановитсявоз-можнымблагодарясвойствукатушкииндук-тивностипротивостоятьизменениямтока.Впроцессезарядакатушкаиндуктивностииграетрольнагрузкиизапасаетэнергию,авпроцессеразрядаонаиграетрольисточ-никаэнергии.Напряжениевфазеразрядаза-виситотскоростиизменениятока,анеотис-ходногозаряжающегонапряжения.Этопозволяетполучитьвыходноенапряжение,отличноеотнапряжениянавходе.Повышающийрегулятор,упрощеннаясхемакоторогоприведенанарис.1,состоитиздвухключей,двухконденсаторовика-тушкииндуктивности.Воизбежаниенежелательного«сквозноготока»управлениеключамиосуществляетсятакимобразом,чтотолькоодинизнихак-тивенвотдельновзятыймоментвремени.Вфазе1(tON)ключВразомкнут,аключАзам-кнут.Катушкаиндуктивностиподключенак«земле»,итокпротекаетотVINна«землю».Посколькунапряжениенакатушкеиндуктив-ностиимеетположительнуюполярность,токвозрастает,ивкатушкеиндуктивностизапаса-етсяэнергия.Вфазе2(tOFF)ключАразомкнут,аключВзамкнут.Катушкаиндуктивностиподключенакнагрузке,итокпротекаетотVINвнагрузку.Посколькунапряжениенакатуш-кеиндуктивностиимеетотрицательнуюпо-лярность,токубывает,иэнергия,запасеннаявкатушкеиндуктивности,передаетсявна-грузку.Указанныепараметрыдвухфазовогорежимаработыпредставленынарис.2ввидевременныхдиаграмм.Импульсныйпреобразовательможетра-ботатьвнепрерывномилипрерывистомрежиме.Приработевнепрерывномрежиме(continuousconductionmode,ССМ)токчерезкатушкуиндуктивностиникогданепадаетдонуля.Приработевпрерывистомрежи-ме(discontinuousconductionmode,DCM)токчерезкатушкуиндуктивностиможетпадатьдонуля.Уровеньпульсацийтока,обозначен-ныйнарис.2какDIL,определяетсяпофор-мулеDIL=(VINtON)/L.Внагрузкупопадаетпостоянныйток,равныйсреднемузначениютокачерезкатушкуиндуктивности,атокпульсацийпротекаетчерезвыходнойкон-денсатор.Схемаповышающегоимпульсногопреоб-разователявключаетвсебягенератор,контурПовышающиепреобразователипостоянноготокарис.1.Схемаповышающегопреобразователя,отражающаядвеосновныефазыегоработырис.2.ВременныедиаграммыработыповышающегопреобразователяКОМПОНЕНТЫИТЕХНОЛОГИИ•№2'2012www.kite.ru
управлениясШИМикоммутируемыеполе-выетранзисторы(рис.3).Преобразователи,вкоторыхвкачествеключаВиспользуетсядиодШоттки,называ-ютсяасинхронными,апреобразователи,вко-торыхвкачествеключаВиспользуетсяпо-левойтранзистор,—синхронными.Всхеменарис.3ключиАиВреализованыспомощьювнутреннегополевоготранзисторасканаломN-типаивнешнегодиодаШотткисоответ-ственно,и,такимобразом,онапредставляетсобойасинхронныйповышающийимпульс-ныйрегулятор.Всистемахспониженнымэнергопотреблением,вкоторыхтребуютсяизоляциянагрузкиималыйтоквнеактивномсостоянии,можнодобавитьвнешниеполевыетранзисторы,какпоказанонарис.4.Подачанапряженияниже0,3ВнавыводENустрой-стваотключаетпреобразовательиполностьюотсоединяетвходотвыхода.Основнымрабочимрежимомвсовремен-ныхповышающихсинхронныхимпульсныхпреобразователяхявляетсярежимширотно-импульсноймодуляции.Приэтомчастотаимпульсовподдерживаетсяпостоянной,аихдлительность(tON)изменяетсядляре-гулировкивыходногонапряжения.Средняямощность,выдаваемаявнагрузку,пропор-циональнакоэффициентузаполненияим-пульснойпоследовательности:D=tON/(tON+tOFF)=(VOUT–VIN)/VOUT.Например,прижелаемомвыходномна-пряжении15Видоступномвходномнапря-жении5В:D=(15–5)/15=0,67(67%).Вследствиезаконасохраненияэнергиивходнаямощностьравнасуммемощности,выдаваемойвнагрузку,илюбыхпотерь.Ввидувысокойэффективностипреобразова-ниянебольшимипотерямипривычислениимощностиможнопренебречь.Такимобра-зом,входнойтокможноаппроксимироватьвыражением:IIN=(VOUT/VIN)IOUT.Так,например,еслитокнагрузкиравен300мАпривыходномнапряжении15В,тоIIN=900мАпривходномнапряжении5В,тоестьпримерновтриразабольшевыход-ноготока.Такимобразом,сростомвыход-ногонапряжениядоступныйтокнагрузкиубывает.Длястабилизациивыходногонапряжениявповышающихпреобразователяхисполь-зуетсяобратнаясвязьпонапряжениюилипотоку.Управляющийконтурпозволяетпод-держиватьуровеньвыходногонапряженияприизменениинагрузки.Повышающиеим-пульсныепреобразователидлясистемсма-лымэнергопотреблениемобычноработаютсчастотойимпульсоввдиапазонеот600кГцдо2МГц.Работанавысокойчастотекомму-тациипозволяетиспользоватькатушкиин-дуктивностименьшихгабаритов,однакоприкаждомудвоениичастотыКПДпадаетпри-мернона2%.ВповышающихимпульсныхпреобразователяхADP1612иADP1613ча-стотукоммутацииможновыбратьприпо-мощивыводаFREQ.Приподключениивы-водаFREQк«земле»устанавливаетсячастота650кГц,прикоторойдостигаетсямаксималь-ныйКПД,априподключениивыводаFREQкVINустанавливаетсячастота1,3МГц,по-зволяющаяуменьшитьгабаритывнешнихкомпонентов.Катушкаиндуктивности,являющаясяклю-чевымкомпонентомповышающегоимпульс-ногопреобразователя,запасаетэнергиювин-тервалеtONипередаетэтуэнергиюнавыходчерезвыходнойвыпрямительвинтервалеtOFF.Длядостижениякомпромиссамеждумалымуровнемпульсацийтокачерезкатушкуин-дуктивностиивысокимКПДвтехническомописанииADP1612/ADP1613рекомендуетсяиспользоватькатушкииндуктивностисно-миналомот4,7до22мкГн.Вобщемслучае,приодинаковыхразмерах,катушкасмалойиндуктивностьюобладаетбóльшимтокомнасыщенияименьшимпоследовательнымсопротивлением,однакоприэтомонатакжеимеетбольшийпиковыйток,чтоможетпри-водитькснижениюКПД,повышеннымпуль-сациямиростушума.Дляуменьшениягаба-ритовкатушкииндуктивностииповышениястабильностилучшеиспользоватьповышаю-щийимпульсныйпреобразователь,работаю-щийвпрерывистомрежиме.Пиковыйтокче-резкатушкуиндуктивности(максимальныйвходнойтокплюсполовинатокапульсаций)долженбытьниженоминальноготоканасы-щениякатушки,амаксимальныйпостоянныйвходнойтокдолженбытьнижепредельногорабочегосреднеквадратическоготокакатуш-кииндуктивности.КлючевыеспецификациииопределенияповышающегоимпульсногопреобразователяДиапазонвходныхнапряженийДиапазонвходныхнапряженийповышаю-щегоимпульсногопреобразователяопреде-ляетнаименьшееполезноевходноенапряже-ниепитания.Токпоцепизаземления(рабочийток)IQ—этопостоянныйтоксмещения,непоступающийвнагрузку.УстройствасмалымзначениемIQдаютбольшийКПД.ПараметрIQможетбытьуказанвспецифи-кациидляразличныхусловийработы.рис.3.Схемаповышающегоимпульсногопреобразователярис.4.ТипичнаясхемавключенияADP1612/ADP1613КОМПОНЕНТЫИТЕХНОЛОГИИ•№2'2012www.kite.ruкомпонентыисточникипитания
ТоквнеактивномрежимеЭтовходнойток,потребляемыйпринеак-тивномуровнесигналанавыводеразреше-ния.Малоезначениеэтоготокаважнодляподдержаниядолговременнойработывре-жимеожидания,когдаустройствонаходитсяв«спящем»режиме.КоэффициентзаполненияимпульснойпоследовательностиРабочийкоэффициентзаполненияим-пульснойпоследовательностидолженбытьменьшемаксимальногокоэффициентаза-полненияимпульснойпоследовательности;впротивномслучаестабилизациявыход-ногонапряженияподдерживатьсянебудет.Так,напримерприVIN=5ВиVOUT=15В,D=(VOUT–VIN)/VOUT=67%.Максимальныйкоэффициентзаполненияимпульснойпо-следовательностиуADP1612иADP1613со-ставляет90%.ДиапазонвыходныхнапряженийТочнее—диапазонподдерживаемыхвы-ходныхнапряжений.Выходноенапряжениеповышающегоимпульсногопреобразовате-ляможетбытьфиксированнымилирегули-руемым.Вовторомслучаедлязаданияжела-емоговыходногонапряженияиспользуютсявнешниерезисторы.ПредельныйтокВспецификацияхнаповышающиеим-пульсныепреобразователиобычноуказы-ваетсяпредельныйпиковыйток,анетокнагрузки.Обратитевниманиенато,чточембольшеразницамеждуVINиVOUT,теммень-шедоступныйтокнагрузки.Максимальныйдоступныйвыходнойтокопределяетсяпи-ковымпредельнымтоком,входнымнапря-жением,выходнымнапряжением,значениемчастотыкоммутациииноминаломкатушкииндуктивности.СтабилизацияповходномунапряжениюСтабилизацияповходномунапряже-нию—этоизменениевыходногонапряже-ния,вызываемоеизменениемвходногона-пряжения.СтабилизацияпотокунагрузкиСтабилизацияпотокунагрузки—этоиз-менениевыходногонапряжения,вызывае-моеизменениемвыходноготока.МягкийзапускВажно,чтобыповышающиеимпульсныепреобразователиимелифункциюмягкогозапуска,котораябыобеспечивалаконтро-лируемоелинейноенарастаниевыходногонапряжениявоизбежаниечрезмерныхвы-бросоввыходногонапряжения.Интервалмягкогозапусканекоторыхповышающихимпульсныхпреобразователейможноре-гулироватьприпомощивнешнегоконден-сатора.Когдаконденсатормягкогозапусказаряжается,онограничиваетпиковыйток.Регулируемыймягкийзапускпозволяетиз-менятьвремязапускавсоответствиистребо-ваниямисистемы.Отключениеприперегреве(ThermalShutdown,TSD)Еслитемператураполупроводниковогопереходастановитсявышеопределенногопредельногозначения,схемаотключенияприперегревеотключаетпреобразователь.Повышеннаятемператураполупроводнико-выхпереходовможетбытьследствиемрабо-тыприповышенномтоке,плохогоохлаж-денияпечатнойплатыиливысокойтемпе-ратурыокружающейсреды.Схемазащитыотперегреваимеетгистерезис,которыйпре-дотвращаетвозвратсхемывнормальныйра-бочийрежимдотехпор,покатемпературакристалланестанетнижепредустановленно-гозначения.Блокировкаприпониженномнапряжении(Undervoltagelockout,UVLO)Есливходноенапряжениестановитсянижепороговогозначения,томикросхемаавто-матическиотключаетключцепипитанияипереходитврежимпониженногоэнерго-потребления.Этопредотвращаетвозможноеошибочноеповедениепринизкихвходныхнапряженияхивключениемощногоустрой-ствавусловиях,когданевозможнообеспече-ниеегонормальнойработы.ЗаключениеИМСповышающихимпульсныхпреобра-зователейдлясхемспониженнымэнергопо-треблениемизбавляютразработчиковотрядапроблемприпроектированиипреобразова-телейпостоянноготока,позволяяисполь-зоватьапробированныерешения.ПримерырасчетапараметровпроектаиноминаловкомпонентовдаютсявразделетехническогоописанияИМС,посвященномеепрактиче-скомуприменению.Ещебольшеупроститьзадачупроектированияпозволяетинстру-ментпроектированияADIsimPower[4].Дополнительнуюинформациюможнопо-лучить,связавшисьсинженерамипоприме-нениюкомпанииAnalogDevicesилипосетивтехническийфорумкомпанииEngineerZoneпоссылкеez.analog.com.Руководстваповы-боруповышающихимпульсныхпреобразо-вателейкомпанииAnalogDevices,техниче-скиеописанияистатьипоприменениюмож-нонайтинаwww.analog.com/power.nЛитература1.МараскоК.Эффективноеприменениепонижаю-щихпреобразователейпостоянноготокапроиз-водствакомпанииAnalogDevices//Компонентыитехнологии.2011.№10.2.www.analog.com/en/power-management/switching-regulators-integrated-fet-switches/products/index.html3.www.analog.com/en/power-management/switching-controllers-external-switches/products/index.html4.http://designtools.analog.com/drPowerWeb/dtPowerMain.aspx5.MarascoK.HowtoApplyLow-DropoutRegulatorsSuccessfully.AnalogDialogue.2009.Vol.43.№3.компонентыисточникипитанияКОМПОНЕНТЫИТЕХНОЛОГИИ•№2'2012www.kite.ru
АлександрФёдоровlinear@petrointrade.ruвведениеВнутренниеключевыетранзисторысмалымсопротивлениемпо-зволяютобеспечитьнагрузку3Авкомпактномкорпусеразмером45мм.Микросхемаобладаетрасширеннымивходнымивыходнымдиапазонаминапряжений(1,8–5,5В)имаксимальнымКПД96%.ВстроенныйШИМ-контроллеризлучаетминимальныешумыприштатнойработеидаетвозможностьосуществить«гладкий»переходмеждуповышающимипонижающимрежимами.КомбинацияэтихособенностейпозволяетLT3113соответствоватьактуальнымтребо-ваниямприпроектированииDC/DC-решения.Нарис.1изображенооснованноенамикросхемеLT3113решениеэлектропитанияразмером11142,5мм,способноевыдавать12ВтотLi-Ionбатареи.Такоеустройствообеспечиваетплотностьмощ-ности31мВт/мм3.ДлясхожегоSEPIC-решенияпотребуетсяминимумвдваразабольшеплощадинапечатнойплате,приэтомбудетдо-стигнутоменьшеезначениеКПД,плюсвозникнутсложностисте-пловыделением.LTC3113обладаетрядомопций,повышающихобщуюэффектив-ностьрешенияиустройствавцелом.Срединих—возможностьиз-менятьтактовуючастотувпределах0,3–2кГц,встроеннаяфункция«мягкийстарт»,технологияBurstMode,позволяющаяповыситьКПДпрималыхнагрузках,атакжезащитаоткороткогозамыканияиперегрева.ПрименениевGSM-устройствахЧастовприборахдляпередачиданныхпоканалуGSMисполь-зуютсядорогиеионисторынавыходеDC/DC-шины.Онипредна-значеныдлямощнойнагрузки,значениякоторойощутимоскачутвовремяработыGSM-модулянапередачу.ВбольшинствеслучаевспособностьмикросхемыLTC3113обеспечиватьбольшуюнагрузкупозволяетвыдаватьтокдляактивнойработыGSM-модулябезис-пользованияионисторов.Нарис.2показанаподобнаясхемасхарак-тернойдляGSM-приложенийнагрузкойинедорогимкерамическимконденсатором100мФ/3,8В.Наосциллограммеизображенареакция3,8-вольтовоговыходапре-образователянавключениенагрузки3Автечение580мкс.Прита-койсерьезнойнагрузкеотклонениявыходапитаниясоставляютвсе-го150мВ(4,5%).Моментвыключениянагрузкихарактеренсхожимпоамплитудеположительнымотклонением.обеспечениевысокойплотностимощностисталоосновнымтребованиемксовременнымDC/DC-преобразователям.Соответственно,потеримощ-ностиявляютсяглавнымпрепятствиемнапутитехнологическогоразвитияподобныхмикросхем,таккакихвысокаяинтеграциявынуждаетразраба-тыватьновыесредстваиметодыуменьшениятепловыхпотерь.разработкапроизводительногоикомпактногоDC/DC-решенияможетстатьнепро-стойзадачей,еслиучесть,чтовходноенапряжениеможетбытькакниже,такивышевыходного,особенноприповышенныхтребованияхкмощ-ности.вданномслучаестандартныйподходприводитксозданиюSEPICDC/DC-преобразователясдвумякатушкамииндуктивности,малымКПдизначительномупоразмерамрешению.Напротив,микросхемаLTC3113компанииLinearTechnologyпредставляетсобойальтернативу.Ееотли-чия—повышающе-понижающаятопология,однакатушка,высокийКПдинебольшиеразмеры.МикросхемаLTC3113производстваLinearTechnologyдлямалошумящихDC/DC-преобразователейрис.1.Типовоеприменениеплощадьювсего154мм2компонентыисточникипитанияКОМПОНЕНТЫИТЕХНОЛОГИИ•№3'2012www.kite.ru
ШумыМногиеприложения,включаяприемопе-редающиерадиоустройства,оченьчувстви-тельныкшумам,которыегенерируютсяим-пульснымпреобразователем.ВмикросхемеLTC3113примененамалошумящаяархитек-тура,препятствующаяпоявлениюнежела-тельныхгармоник,которыемогутнегатив-ноповлиятьнаприемопередающиемоду-лиустройства.Какправило,этигармоникистановятсяощутимыми,когдавходноена-пряжениепреобразователяпримерноравновыходному.Втакойситуациитиповыепре-образователигенерируютдополнительныечастотныесоставляющиеврезультатесменырабочихсостоянийключевыхтранзисторов.LTC3113подавляетуровеньлишнихгармо-никиуменьшаеттемсамымобщийшумнавыходе.Нарис.3показансамый«тяжелый»случайдлякомпонентаLTC3113иегоконкурент-ногоаналога.Максимальнозашумленныйспектрбылполученпутемподстройкивход-ногонапряженияприпостояннойнагрузкев1Анавыходепреобразователя.Наосцил-лограммевидно,чтоLTС3113генерируетединственнуюспектральнуюсоставляющуюназаданнойчастотев2МГц.Напротив,спектрконкурентасодержитмножествопобочныхгармоник,нежелательновлияю-щихначувствительныемодулиустройства.ОбщийшумLTC3113вполосе0–3МГцсо-ставляет10дБпротив20дБусоперника.Li-Ionпреобразователь3,3в/10втКромепитаниячувствительныхрадио-устройств,работаотLi-Ionаккумулято-ровтакжеявляетсятиповымприменени-емдляпреобразователейсповышающе-понижающейтопологией.LTC3113можетобеспечить10Вт(3,3В/3A)выходноймощ-ности,работаяотLi-Ionаккумуляторавпре-делахрабочегозаряда.Нарис.4изображенатиповаясхемас3,3-Ввыходом.КПДварьи-руетсявпределахот80до92%,чтообеспечи-ваеттокнагрузкиот60мАдо3A.ПриподаченавыводBURSTнапряжениябольше1,2ВактивируетсярежимBurstMode.Втакомрежимепреобразовательдинамиче-скименяетчастоту,приэтомзначительноповышаетсяКПДпрималыхнагрузках.Дляприложений,чувствительныхкшуму,преобразовательможноввестиврежимфик-сированнойчастоты,оставивнапряжениенавыводеBURSTменее0,3В.СистемырезервногопитанияНарис.5показанасхемарезервногопи-таниясиспользованиемионистора,отстро-еннаяна3,3Випостояннуюнагрузку1,5A.Вэтомприложениидвапараллельныхиони-сторазаряжаютсядо4,5Впринормальныхусловияхиобеспечиваютнагрузкупитаниемприотсутствиивходногонапряженияупре-образователя.Осциллограммапоказывает,чтоLTC3113можетсамостоятельнообеспечиватьнагруз-рис.2.СхемапитанияGSM-модуляиегопереходныепроцессырис.3.ВыходнаяспектрограммаLTС3113икомпонента-конкурентарис.4.ВариантспитаниемотLi-IonаккумуляторакомпонентыисточникипитанияКОМПОНЕНТЫИТЕХНОЛОГИИ•№3'2012www.kite.ru
купитаниемвтечение22,5сблагодаряионисторам.Заэтовремянапряжениенаионисторахпадаетс4,5до1,8В,приэтомстабильныйвыходвозможенлишьблагодаряспособностипреобразователярабо-татьсмалымивходныминапряжениями.Втакомслучаеполученнаяпреобразователемэнергияравна:Энергия,полученнаянагрузкой,выглядиткак:EOUT=IOUTVOUTt=1,53,322,5=111,4Дж.Результатырасчетовпоказывают,чтонагрузкаполучила87%энер-гии,потребленнойпреобразователем.Следуетотметить,чтоприфактическомКПДв87%размеррешениясоставляетвсего1114мм,включаяпространствоподионисторы.ЗаключениеПовышающе-понижающийDC/DC-преобразовательLTC3113об-ладаетоптимальнымизначениямиплотностиэнергии,малошум-ности,высокогоКПДприширокомдиапазоненагрузок.Микросхемапредназначенадлячувствительныхкшумупримененийирешенийсаккумуляторнымилирезервнымпитанием.nрис.5.РешениесприменениемионисторовипереходныепроцессыкомпонентыисточникипитанияКОМПОНЕНТЫИТЕХНОЛОГИИ---научно-техническийжурнал,информирующийчитателейосостояниииперспективахразвитияотечественногоимировогорынковрадиоэлектроники,офирмах,работающихнаэтихрынках.Изданиезнакомитсособенностямипримененияновыхэлекторонныхкомпонентовисхемотехническихрешений.Журналвыходит12развгодтиражом6000экземпляров.Объем---164страницыиболее.Распространение---РоссияистраныСНГ.Подписныеиндексы«КиТ»:Каталог«АгентствоРоспечать»80743Каталог«ПочтаРоссии»60195АгентствоKSS,Украина10358Подписныеиндексы«СЭ»:Каталог«АгентствоРоспечать»20370АгентствоKSS,Украина27039Подписныеиндексы«БТ»:Каталог«АгентствоРоспечать»36769АгентствоKSS,Украина27005Подписныеиндексы«ТВЭП»:Каталог«АгентствоРоспечать»36085АгентствоKSS,Украина27004Подписнойиндекс«ПС»:Каталог«АгентствоРоспечать»81283190121,Санкт-Петербург,Садоваяул.,122Тел.:(812)438-15-38Факс:(812)346-06-65e-mail:compitech@ nestreet.ruТел.:(495987-37-20Редакционнаяподписка:Тел:(812)438-15-38,доб.250,e-mail:podpiska@ nestreet.ruСИЛОВАЯЭЛЕКТРОНИКА---научно-техническийжурнал,информирующийчитателейобосновныхнаправленияхиперспекти-вахразвитияотечественногоимировогорынковсиловойэлектроники,опоследнихисследованияхиразработкахвобластисиловойэлектроники.Журналсодержитобзорысиловыхэлементовразличныхтехнологий,расчетыпараметров.Описываютсяпрограммныепродуктыдлямоделированиясистемсиловойэлектроники,примерыихприменения.Журналвыходит5развгодтиражом4000экземпляров.Объем---100странициболее.ТЕХНОЛОГИИВЭЛЕКТРОННОЙПРОМЫШЛЕННОСТИ---журнал,вкоторомвасждутновостивмиретехнологическогооборудованияирасходныхматериалов,применяемыхвпроизводстве,обзорыосновныхтенденцийразвитиярынкапечатныхплат,атакжеинформацияофирмах,работающихнаэтомрынке.Журналвыходит8развгодтиражом4000экземпляров.Объем---80странициболее.БЕСПРОВОДНЫЕТЕХНОЛОГИИ---научно-техническийжурнал,вкоторомвынайдетеполезнуюиактуальнуюинформациюоновейшихразработках,основныхнаправлениях,тенденцияхиперспективахразвитияотечественногоимировогорынковбеспроводныхтехнологий,обзоры,описанияприборов,рекомендациипоприменению,атакженестандартномуиспользова-ниюэлементнойбазы.Журналсодержитнемалоприкладныхматериалов:описанияразличныхпрактическихразработок,примерыуспешногоиспользованияэлементнойбазы,удачныесхемотехническиеиконструктивныерешения.Журналвыходит4разавгодтиражом3000экземпляров.Объем---68страниц.ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯСВЕТОТЕХНИКА---новыйжурнал,посвященныйодномуизперспективныхибурноразвивающихсянаправленийсовременнойэлектроники---полупроводниковойсветотехнике.Внемпубликуютсяновостиитехническиестатьи,касающиесяновыхразработоквтехнологиипроизводствасветодиодов,атакжематериалыоновыхтехнологияхосвещенияиихприменениивразныхотрасляхпроизводства,такихкактранспорт,уличноеиархитектурноеосвещение,имногоедругое.Журналвыходит6развгодтиражом3000экземпляров.Объем---56странициболее.www.led-e.ruwww.power-e.ruwww.tech-e.ruwww.wireless-e.ru
УправлениепитаниемВведениеЗапоследниепятьлетбольшуюпопулярностьприобрелипортатив-ныемедиаплейерыисмартфоны.Портативныемедиаплейерыпред-ставляютсобойпереносныеустрой-ства,позволяющиезаписыватьивоспроизводитьаудио-ивидеоин-формацию,поступающуюоттелеви-зоров,DVD-плейеров,видеокамер,атакжемедиафайлы,загруженныеизИнтернета.Смартфонпредставляетсобоймобильныйтелефонсрасши-реннымивозможностямипосравне-ниюсобычныммобильнымтелефо-ном,частообладающийнекоторымифункциональнымивозможностямиПК.Большинствосмартфоновмогутвыступатьвролиполнофункциональ-ныхперсональныхорганайзеров,полностьюподдерживающихпро-граммыэлектроннойпочты.Кдругимвозможностямотносятсяминиатюр-наяклавиатура«qwerty»;сенсорныйэкран;встроеннаякамера;системауправленияделовымиконтактами;встроенноенавигационноеоборудо-ваниеипрограммноеобеспечение;возможностьчтенияделовыхдоку-ментов,представленныхвразличныхформатах,напримерфайловAdobe®Acrobat®иMicrosoft®Office;атакжемедийноепрограммноеобеспечениедляпроигрываниямузыки,просмо-трафотографийивидеоклиповилиИнтернет-браузеры.Повышеннаяпотребностьсмарт-фоноввэнергообеспечении,обу-словленнаянеобходимостьюре-шатьвышеперечисленныезадачи,приводиткснижениювременира-ботыаккумуляторнойбатареи(АКБ).Распространённымспособомпро-длениявремениработыАКБявля-етсяпроектированиеболееэффек-тивнойсистемыпреобразованияэнергии,использующейсинхронныеимпульсныестабилизаторысвысо-кимКПДвместолинейныхстабили-заторов.ДляувеличениявремениработыАКБвдежурномрежимедляоптимизацииКПДпрималыхна-грузкахмогутиспользоватьсяDC/DC-преобразователи,работающиеврежимечастотно-импульсноймо-дуляции,посколькуИСконтроллерысширотно-импульсноймодуляциейвовремянахождениясистемывде-журномрежимеработаютпринизкорасположеннойрабочейточке.Вдополнениекувеличениювре-мениработыАКБ,ещётремяоченьважнымимоментамиприразра-боткесистемпитанияпортативныхустройствявляютсябезопасностьсистемы,системазарядкиАКБиточ-ностьизмеренияуровнязаряда.Всеэтивопросырассматриваютсявдан-нойстатье.ПовышениебезопасностиАКББлагодарясвоейвысокойграви-метрическойиволюметрическойплотностиэнергии,впортативныхустройствахширокоиспользуютсяLi-ионныеиLi-полимерныеаккуму-ляторныебатареи.Однойизсамыхсложныхзадачприразработкеявля-етсяобеспечениебезопасностиси-стемыспитаниемотАКБ.Имеломе-стонесколькоотзывовпортативныхустройствсбатарейнымпитанием,такихкакпортативныекомпьюте-рыисотовыетелефоны,из-запро-блембезопасности,связанныхсис-пользованиемконтрафактныхАКБ.Микросхемыпамятисуникальнымидентификационнымномеромба-тареи,например,bq2022AотTexasInstruments(TI)илимикросхемаза-щитынабазеSHA-1типаbq26100отTI,даютвозможностьподтвердить,полученалиАКБотавторизованногопоставщикаи,соответственно,безо-пасналиона.Температурабатареиявляетсяследующимкритическимпараме-тром,определяющимбезопасностьбатареи.ПовышеннаятемператураэксплуатацииускоряетдеградациюАКБиможетвызватьвыходизстрояивзрывLi-ионнойАКБ.Этоттипба-тарейвызываетособоебеспокойствоиз-заиспользованияоченьагрессив-ногоактивногоматериала.Быстроеповышениетемпературыбатареивозможновслучаеперезарядаболь-шимтокомилиприналичиивнутрен-негокороткогозамыкания.ВовремяперезарядаLi-ионнойАКБактивныйметаллическийлитийосаждаетсянааноде.Этотматериалзначительноповышаетопасностьвзрываприреа-гированиисразличнымиматериала-ми,включаяэлектролитиматериа-лыкатода.Например,смесьлитиясвключениямиуглеродареагируетсводойивыделяемыйприэтомво-дородможетвоспламенитьсяоттеп-ла,выделяемогоприпрохожденииреакции.Материалкатода,напримерLiCoO2,вступаетвреакциюсэлектро-литом,когдатемпературапревышаетпорог175°Cдля4,3-Всекции.Сдру-гойстороны,зарядкаАКБпринизкихтемпературахтакжесокращаетсрокслужбыАКБ,посколькуионылитиямогутосаждатьсянаанодеипревра-щатьсявметаллическийлитий,кото-рыйлегкореагируетсэлектролитом.Ионылитияпостоянноисчезаютибо-леенемогутучаствоватьвпроцессехраненияэнергии.ОченькритическиммоментомприуправлениизарядкойАКБяв-ляетсяконтрольтемпературыАКБ.Зарядныйтокизарядноенапряжениемогутподстраиватьсядляподдержа-ниятемпературывпределах,огово-рённыхизготовителем.Дляконтролятемпературысекцийизащитыотпе-Повышениебезопасностиаккумуляторныхбатарей,зарядкаиопределениеуровнязарядавпортативныхмедиаустройствахДжинронгКиан(JinrongQian)КомпонентыTIВыпуск1'2011СкантиРусwww.scanti.com
регреваLi-ионнойАКБобычноис-пользуютсятермисторы.Например,зарядкаLi-ионнойбатареинедо-пускается,еслитемпературасекцииниже0иливыше45°C;такженедо-пускаетсяразряд,еслитемпературасекциивыше65°C.АКБсчитаетсяглубокоразряжен-ной,когдаеёнапряжениениже3,0В.Дляопределенияналичиявбатареекороткогозамыканиячастоисполь-зуетсязащитныйтаймерпредвари-тельнойзарядки.Защитныйтаймерможетинициироватьпредупрежда-ющийсигналдляконечногопользо-вателя,еслибатареянезарядиласьдо3,0Взазаданноевремяпредва-рительногозаряда.Защитныйтаймербыстройзарядкиобеспечиваетдругойуровеньзащиты,прекращаязарядкуАКБ,еслитаймерзавершилработуиз-завнезапногоотказасистемы.Микросхемыдляуправленияза-рядкойАКБ,такиекакbq24060иbq24070откорпорацииTI,обычносодержатсистемуконтролятемпера-турыАКБ,атакжезащитныетаймерыпредварительнойзарядкиибыстройзарядкидляповышениябезопасно-стиАКБ.ЭксплуатациясистемыпризарядкеглубокоразряженнойаккумуляторнойбатареиВомногихпортативныхмедиаси-стемахимеетсявозможностьэксплу-атироватьсистемуприодновремен-нойзарядкеглубокоразряженнойбатареи,сцельюпредоставленияконечномупользователювозможно-стивестителефонныйразговорилиигратьнезависимоотсостоянияАКБприналичииадаптера.Нарисунке1показаначастоисполь-зуемаяконфигурациязарядкибата-реиипитаниясистемы,вкоторойсистеманепосредственноподклю-ченакбатарее.Такаяконфигурацияпростаинедорога,ноподключениесистемнойнагрузкикбатарееможетпривестиксерьёзнымпроблемам.ВтакойконфигурациивыходнойтокзарядногоустройстваICHGнетоль-козаряжаетАКБ,нораспределяетсямеждусистемойизаряжаемойбата-реей.Поэтомузарядноеустройствонеможетнепосредственноконтро-лироватьиуправлятьэффективнымзаряднымтокомаккумуляторнойбатареи.Длязарядкиглубокоразряженнойбатареи,напряжениесекциикото-ройупалониже3,0В,используетсянебольшойтокпредварительнойзарядки.Системнаянагрузка,ISYS,используетнекоторуючастьэтоготока,делаяэффективныйзарядныйтокещёменьше.Приэтомнетоль-ковозрастаетвремязарядкибата-реи,нотакжепроисходитложноесрабатываниетаймерапредвари-тельнойзарядки,посколькунапря-жениебатареинеможетподнятьсядо3,0Взавремяпредварительнойзарядки.Возможнадажеситуация,когдасистемныйтокпревышаеттокпредварительнойзарядки,тоестьбатареяпродолжаетразряжать-ся,вместотого,чтобызаряжаться.Крометого,вомногихпортативныхустройствахдляэксплуатациисисте-мытребуетсяминимальноенапряже-ниенасистемнойшине,составляю-щее3,0В.Притакойконфигурациипитаниясистеманеможетработать,когданапряжениеглубокоразряжен-нойбатареииспользуетсявкачественапряжениясистемнойшины.Этипроблемыявляютсярезульта-томвзаимодействиямеждузаряд-нымустройствомисистемойимогутбытьисключеныпутёмпитанияси-стемыизарядкибатареиотнезави-симыхисточниковпитания.Даннаятехнологияизвестнакакуправлениепотокамимощности(PPM).Нарисунке2показанаупрощённаяблок-схемаконфигурациисPPM.МОП-транзисторQ1используетсяиливкачествеключа,илидляпред-варительнойстабилизациинапряже-ниясистемнойшины,VOUT,назадан-номуровне,например4,4В.Такилииначе,устанавливаетсяпрямойпутьотвходаксистемедляобеспеченияпитаниясистемы.МОП-транзисторQ2предназначендляполногоуправ-лениязарядкойбатареи,такимоб-разомсистемабольшенеявляетсяпрепятствиемиложноесрабатыва-ниезащитноготаймераполностьюисключается.Приналичииадаптерагарантируетсяработасистемынеза-висимоотсостояниябатареи.Другойтехнологиейодновре-менногопитаниясистемыизаряд-кибатареиявляетсядинамическоеPPM(DPPM).DPPMконтролируетнапряжениенасистемнойшине,Рисунок1.Блок-схемазарядкибатареиипитаниясистемыРисунок2.Упрощённаяблок-схемазарядногоустройствасPPMКомпонентыTIВыпуск1'2011СкантиРусwww.scanti.comУправлениепитанием
УправлениепитаниемVOUT,напровалывходногопитания,которыевозникаютиз-заограниче-ниятокаилиотключениявходногопитания.Когдаток,требуемыйсистемеизарядномуустройству,большевходноготока,которыйможетобе-спечитьадаптерпеременноготокаилиUSB,выходнойконденсаторшины,COUT,начинаетразряжаться,чтовызываетпадениенапряжениянасистемнойшине.Кактолькона-пряжениенасистемнойшинепа-даетдозначенияпредварительнозаданногопорогаDPPM,зарядныйтокснижаетсядотакойстепени,чтосуммарныйток,необходимыйсистемеизарядномуустройству,становитсяравныммаксимальномутоку,обеспечиваемомуадаптером.Этопозволяетмаксимальноисполь-зоватьпитание,обеспечиваемоеадаптеромилиUSB.Большинствосистемныхнагрузокимеютвысокуюдинамикусбольшимивыбросамитока.Посколькусредняямощностьсистемызначительнонижееёпико-воймощности,адаптербудетиметьзавышенныйзапаспомощности,еслиегономинальнаямощностьвыбираласьисходяизпиковоймощностисистемыизарядногоустройства.DPPMпозволяетраз-работчикуиспользоватьадаптерыпеременноготокасменьшейно-минальноймощностьюименееза-тратные.Нарисунке3показанпримерза-рядногоустройствасDPPMдляLi-ионнойАКБ.Контуртепловогорегу-лированияснижаетзарядныйтокдляпредотвращенияповышениятемпе-ратурыкремнияболее125°C.Вслучаеснижениязарядноготокаиз-заакти-вацииконтуратерморегулированияилиактивацииDPPM,времяработызащитноготаймераавтоматическиувеличиваетсядляпредотвращенияложногосрабатывания.ТочностьизмерителяуровнязарядаНекоторыеизконечныхпользова-телейчастозадаютсяследующимивопросами:«Каковсрокслужбыак-кумуляторнойбатареимоегопорта-тивногоустройства?Сколькопесенилиигрможнопроигратьспомощьюмоегопортативногоустройства?».Простейшихшкальныхиндикаторов,имеющихся,например,всотовыхтелефонах,можетоказатьсянедо-статочнодляответанаэтивопросы.Индикацияуровнязарядааккуму-ляторнойбатареи(SOC)развива-ласьотпростыхпредупреждающихустройствдоболеесложногоисполь-зованияинформациинасистемномуровне,напримерпрограммногоотключениядляпредотвращенияпотериданных.Ошибкавопределе-нииёмкостидляконечногопользо-вателяэквивалентнаснижениюпо-лезноговремениработыустройства.Использованиеиндикатораёмкостиспогрешностьюв10%эквивалент-ноиспользованиюАКБсёмкостьюна10%меньше,илисистемыпре-образованияэнергиисКПДна10%меньше.Традиционныетехнологииопре-деленияуровнязаряда,основанныенаалгоритмахизмерениянапряже-нияисчётакулонов,имеюточевид-ныеограничения.Широкоприменяемыйвпере-носныхустройствахтипамобиль-ныхтелефоновметод,основанныйнаизмерениинапряжения,имеетнедостатки,связанныесизменени-емсопротивленияАКБвовремени.НапряжениеАКБопределяетсякакVBAT=VOCV--I RBAT,(1)гдеVOCV---напряжениеразомкну-тойАКБ(OCV)иRBAT---внутреннеесопротивлениеАКБнапостоянномтоке.Нарисунке4показаносоот-ношениемеждунапряжениемАКБииндикациейнашкальноминди-катореуровнязаряда.Многиеко-нечныепользователисталкиваютсясоскачкамиотображениянашкаль-номиндикатореуровнязарядаивнезапнымиотключениямиси-стемы,когдаприменимаяёмкость,QUse,падаетнижеQMAXиз-завоз-растаниявнутреннегосопротивле-ния.Альтернативнымявляетсяме-тодподсчётакулонов,прикоторомпроизводитсянепрерывноеинте-грированиекулоновдлярасчётапо-требляемогозарядаиуровняостав-шегосязаряда.Приналичиизаранееопределённогозначениядляполнойёмкостиможнополучитьостаточнуюёмкость.Недостаткомэтогометодаявляетсято,чтотрудносмоделиро-ватьсаморазряд,посколькуонзави-ситотизменениясвойствврезульта-тестаренияитемпературы.Безпро-веденияпериодическихкалибровокпополномуциклуошибкаизмерениянакапливаетсявовремени.Ниодинизэтихалгоритмовнеучитываетиз-мененийсопротивленияАКБ.Чтобыизбежатьнеожиданныхотключений,разработчикдолжензарезервиро-ватьбольшеёмкостипутёмзабла-говременногоотключениясистемыиоставлениязначительногоколиче-стванеиспользованнойэнергии.Рисунок3.ЗарядноеустройствосDPPMКомпонентыTIВыпуск1'2011СкантиРусwww.scanti.com
ЗапатентованнаякорпорациейTIтех-нологияImpedanceTrackTMпредстав-ляетсобойуникальныйизначитель-ноболееточныйметодопределенияостаточнойёмкостиАКБпосравнениюсупоминавшимисявышеалгоритма-минаосновеизмерениянапряженияиподсчётакулонов.Приэтомобетех-нологиииспользуютсядляпреодоле-ниявлияниястарения,саморазрядаиизмененийтемпературы.Втехно-логииImpedanceTrackTMреализуетсяалгоритмдинамическогомоделиро-ваниядляопределенияиотслежива-нияхарактеристикАКБпутёмизме-ренияипоследующегоотслеживанияизмененийполногосопротивленияиёмкостивпроцессефактическогоиспользованияАКБ.Припомощиэтойтехнологиипрактическивреальномвремениобеспечиваетсяинформацияовремениработыбатареи,макси-мальнойрабочейтемпературе,числециклов,максимальномнапряжениисекцииимаксимальныхзарядномиразрядномтоках.Этосамообучаю-щийсямеханизм,учитывающийхими-ческуюёмкостьвотсутствиенагрузки(QMAX)ивлияниестарениянаизмене-ниясопротивленияАКБ.Компенсациядлянагрузкиитемпературыточномо-делируетсяспомощьюинформацииополномсопротивлениисекцииАКБ.Прииспользованииэтогоалгоритманетребуетсяпериодическогоопре-деленияёмкостипополномуциклу.Изконструкциисистемыможноис-ключитьтрадиционныеотключения,чтопозволяетполностьюиспользо-ватьёмкостьАКБ.Исамоеважное:точностьизмеренияёмкостиможноподдерживатьнапротяжениивсегосрокаслужбыАКБ.ЧтобытехнологияImpedanceTrackTMработала,постояннодолж-наподдерживатьсябазатабличныхданныхдлясохраненияинформацииосопротивленииАКБ(RBAT)какфунк-цииуровняразряда(DOD)итем-пературы.Чтобыпонять,когдаэтитаблицыследуетобновлятьилиис-пользовать,необходимоучитывать,какпроисходитэксплуатациянараз-ныхэтапах.Вэнергонезависимойпа-мятиизмерителяпрограммируетсянесколькопороговпотокудляопре-делениязаряда,разрядаи«временивосстановления»,представляющегособойинтервалвремени,втечениекоторогонапряжениеАКБстабили-зируетсяпослепрекращениязарядкиилиразряда.Передотключениемпереносно-гоустройстватехнологияImpedanceTrackTMопределяеттребуемыйSOCпу-тёмизмеренияOCVаккумуляторнойбатареиипоследующегосравнениястабличнымизначениямиOCV(DOD,T),хранящимисявинтегральнойсхе-ме.Приработеустройствавактивномрежимеиприналичиинагрузкиначи-наетсяподсчёткулоновнаосновеин-тегрированияпотоку.Интегрированиезаряда,измеренногоспомощьюпод-счётакулонов,используетсядляне-прерывногорасчётаSOC.ПолнаяёмкостьАКБ,QMAX,воб-щемслучаеснижаетсяна3--5%после100циклов.Длятогочтобыопреде-литьфактическуюмаксимальнуюёмкостьАКБ,необходимоизмеритьиобновитьзначениеQMAX.Полнаяёмкостьрассчитываетсяподвумот-счётамOCV,взятымвполностьювос-становленныхсостояниях,когдаиз-менениенапряженияАКБстановитсянезначительнымдоипослезарядкиилиразряда.Например,передразря-домбатареиSOCопределяетсякакSOC1=Q1/QMAX,(2)гдеQ1--имеющийсявбатареезарядпередразрядом.Послетогокакба-тареяразряженаназначениезарядаΔQ,SOCопределяетсякакSOC2=Q2/QMAX,(3)гдеQ2--имеющийсявбатареезарядпослеразряда.Послепреобразова-нияэтихдвухвыраженийполучаем:QMAX=ΔQ/|SOC1--SOC2|,(4)гдеΔQ=Q1--Q2.Извыражения4вид-но,чтонетнеобходимостипроводитьполныйзарядно-разрядныйциклдляопределенияполнойёмкостиАКБ.Этоозначает,чтозатратныйповре-менициклпроверкибатареиможетбытьисключён.ТаблицасопротивленияАКБ,RBAT(DOD,T),постояннообновляетсяприразряде,исопротивлениерас-считываетсякакRBAT(DOD,T)=(OCV(DOD,T)----BatteryVoltageUnderLoad)/AverageLoadCurrent.(5)ЭтопозволяеттехнологииImpedanceTrackTMопределять,ког-дабудетдостигнутонапряжениеотключенияприданнойнагрузкеитемпературе.ЗнаясопротивлениеАКБ,можноопределитьостаточнуюёмкость(RM),используяимеющийсявовстроенномпрограммномобеспе-ченииметодсимуляциинапряжения.Симуляцияначинаетсяссуществую-щегоSOCStart,идальнейшийпрофильнапряжениябатареирассчитывает-сяприодномитомжетокенагрузкипутёмповторяющегосяуменьшенияSOCнебольшимишагами.Когдасмоделированноенапряжениебата-реи,VBAT(SOC1,T),достигаетнапря-женияотключениябатареи,обычно3,0В,SOC,соответствующийданно-мунапряжению,берётсявкачествеSOCFinal.Послеэтогоможетбытьрас-считанаостаточнаяёмкостьRM=(SOCStart--SOCFinal) QMAX.(6)Рисунок4.ЭксплуатационныехарактеристикитиповогоизмерителяуровнязаряданаосновеизмерениянапряжениясошкальнойиндикациейКомпонентыTIВыпуск1'2011СкантиРусwww.scanti.comУправлениепитанием
УправлениепитаниемНарисунке5показанатиповаясхе-ма,использующаяизмерительуров-нязарядастехнологиейImpedanceTrackTM,bq27500-V120,дляпортатив-ногомедиаустройства.Дляточнойкомпенсациивлияниястарениявре-жимереальноговремениизмеряетсяполноесопротивлениеАКБиобнов-ляетсявовремякаждогоразрядно-гоциклаАКБ.НапротяжениивсегосрокаслужбыАКБможнополучатьточностьизмерителяуровнязаряда,равную99%.ЗаключениеУправлениезарядкойАКБиграетважнуюрольвобеспечениибезопас-ностибатареиблагодарявозмож-ностипредотвращенияперезаряда,переразрядаипревышениядопусти-мойтемпературы.Зарядноеустрой-ствоPPMможетобеспечиватьработусистемыприодновременнойзаряд-кеглубокоразряженнойбатареи.PPMтакжеисключаетвозможностьвзаимодействиязарядногоустрой-стваисистемызасчётобеспеченияотдельныхтрактовпитанияотис-точникавходногонапряжениядлясистемыиАКБ.Измерителиуров-нязарядастехнологиейImpedanceTrackTMобеспечиваютинформациюобоставшейсяёмкостиАКБсточно-стьюдо99%,чтопозволяетполно-стьюиспользоватьвсюимеющуюсявАКБэнергиюиувеличитьвремяработыбатареи.Рисунок5.ТиповаяпрактическаясхемасизмерителемуровнязарядаотдельнойсекциипотехнологииImpedanceTrack
УправлениепитаниемВнекоторыхустройствахможетоказатьсяболеевыгоднымилипо-лезнымпосоображениямтепловыде-ленияиспользоватьдвапараллельновключённыхDC/DC-преобразователянамалыйтокдляпитаниянагрузки,требующейбольшоготока,вместоиспользованияодногопреобразова-телянабольшойноминальныйток.ОднаковсеDC/DC-преобразователистабилизируютсвоёвыходноена-пряжение(впределахсвоегомакси-мальнодопустимоготока)науровненоминала(VDCx)±процентдопуска(TOLDC/DC).Такимобразом,простоеподключениевыходовдвухпреобра-зователейкоднойнагрузкеневсег-дапозволяетразделитьтокипоровнумеждудвумяпреобразователями,посколькупреобразовательсболеевысокимвыходнымнапряжением,равнымVDCx×(1+TOLDC/DC),пыта-етсяобеспечитьвесьтоквнагрузке,поканедостигаетсвоегоограниче-нияпотоку.Какпоказанонарисунке1,длясогласованияразницыстаби-лизированныхвыходныхнапряже-нийпреобразователейнеобходимыбалластныерезисторы(RSHARE),рас-пределяющиенагрузкуирасполага-ющиесямеждустабилизированнымивыходамикаждогоизпреобразова-телейинагрузкой.Встатьеописанодинизметодовуменьшенияноми-налабалластныхрезисторов,вклю-чаемыхмеждудвумяидентичнымиDC/DC-преобразователями,которыеблагодаряэтимрезисторамработа-ютнаоднунагрузку.Минимизациябалластныхрезисторовважнасточкизренияминимизациипотерьмощно-стинаэтихрезисторах,атакжедляминимизациипадениянапряженияVDROP=IDCx×RSHARE,снижающегона-пряжениенанагрузке,VО.Привыводепроектныхсоотноше-нийбылисделаныследующиедо-пущения:1.ОбаDC/DC-преобразователяодинаковыиимеютодинаковоеноминальноевыходноена-пряжение.Из-заразбросавну-треннихисточниковопорногонапряженияиразбросавнеш-нихрезисторовобратнойсвязиврегулируемыхустройствах,стабилизированныевыходныенапряженияпреобразователейотличаются.2.ОбаDC/DC-преобразователямогуттолькогенерироватьток,тоестьниодинизпреобразова-телейнеможетпоглощатьток,меньшийилиравныймаксималь-номуноминальномутоку.3.ОбарезистораRSHAREимеютоди-наковыйноминал.Еслипредположить,чтоDC/DC-преобразователь1стабилизируетна-пряжениенаверхнейграницедопуска,тогдакакDC/DC-преобразователь2стабилизируетнапряжениенанижнейграницедопуска,тотогда(выражение1)даётминимальноезначениерезисто-рараспределениянагрузки,обеспе-чивающеенепревышениениоднимизпреобразователейсвоегомакси-мальнодопустимоготока.RSHARE=[VDC×(2×TOLDC/DC)]/[2×IDCMAX--IOMAX],(1)гдеVDC--номинальноевыходноенапряжениекаждогопреобразова-теля,TOLDC/DC=TOLVREF+2××(1--VREF/VDC)×TOLRFB,(2)TOLVREF--допускдлявнутреннегоисточникаопорногонапряженияБалластныерезисторыпозволяютподелитьнагрузкумеждудвумяпараллельновключённымиDC/DC-преобразователямиВданнойстатьеописанодинизметодовуменьшенияразмерабалластныхрезисторов,включаемыхмеждудвумяидентичнымиDC/DC-преобразователями,которыеблагодаряэтимрезисторамработаютнаоднунагрузку.ДжеффФэйлин(JeffFalin)Рисунок1.ИспользованиерезисторовдляраспределениянагрузкиСкантиРусwww.scanti.comКомпонентыTIВыпуск2'2011
DC/DC-преобразователя,VREF--но-минальноезначениенапряжениявнутреннегоопорногоисточника,TOLRFB--допускдлярезисторавнеш-нейобратнойсвязи,IDCMAX--макси-мальныйноминальныйтокDC/DC-преобразователя,IOMAX--максималь-ныйтоквобщейнагрузке.Абсолютныйминимумвыходногонапряжениявозникаетвнеблагопри-ятномслучае,когдаобапреобразо-вателяобеспечиваютстабилизациюнанижнейграницедопускаи,такимобразом,поровнуделяттоквна-грузке.Этозначениерассчитываетсяспомощьюприведённогонижевы-ражения:VOABSMIN=VDC×(1--TOLDC/DC)----(IOMAX/2)×RSHARE×(1+TOLRSHARE),(3)гдеTOLRSHARE--допускдляRSHARE.ВыборноминаладляRSHAREпред-ставляетсобойитерационныйпро-цесс,вкоторомсначалавыбираетсяVDCизатемрассчитываетсяVOABSMIN.ЕслизначениеVOABSMINслишкоммало,VDCувеличиваетсяиRSHAREпересчитываетсядотехпор,покаVOABSMINнебудетнаходитьсявышеуровняминимальногостабилизиро-ванногонапряжения,необходимоговустройстве.Выборпреобразовате-лейирезисторовсменьшимидопу-скамипозволяетуменьшитьноминалRSHAREиувеличитьVOABSMIN.Из-заразличныхсочетанийдопусковвсехкомпонентовреальноевыходноенапряжениеизменяетсяотустройствакустройству.Использованиеприве-дённыхвышевыраженийдлярасчётаRSHAREобеспечиваетнахождениеVOвпромежуткемеждуVDC×(1+TOLDC/DC)приотсутствиинагрузкииVOABSMINприполнойнагрузке.ВысокопроизводительноесинхронноеустройствообъединяетводномкорпуседваполевыхМОП-транзистораNexFETTM,обеспечиваяподдержкусильноточныхмногофазныхPOL-приложенийTexasInstrumentsвыпустиласинхронноеполумостовоеустройствонабазеполевыхМОП-транзисторов.КПДновогоустрой-ствапревышает90%присилетока25A.Приэтомтребуетсяплощадьвдвоемень-шедлямонтажапосравнениюсконкури-рующимисиловымиустройстваминапо-левыхМОП-транзисторах.НовыйсиловойблокCSD86350Q5Dпроизводствакорпо-рацииTIобъединяетдвамощныхасим-метричныхполевыхМОП-транзистораNexFETTMводномусовершенствован-номкорпусе.Блокобеспечиваетвысо-куюпроизводительностьнизковольтныхпримененийсинхронныхвольтовычита-ющихполумостовыхустройств,включаясерверы,стационарныеипортативныекомпьютеры,базовыестанции,коммута-торы,маршрутизаторыисильноточныепреобразователиэлектропитаниявточкенагрузки.ПомимоповышенногоКПДиплотностиэнергии,силовойблокNexFETTMможетгенерироватьтокдо40Aпричастотепереключениядо1,5МГц,чтопозволяетуменьшитьразмерыистоимостьрешения.Оптимизированнаяразводкавыводовизаземлённаявыводнаярамкасокраща-ютвремяразработкииулучшаютобщиехарактеристикисхемы.Болеетого,сило-войблокNexFETTMможетдостигатьра-бочихпоказателей,сравнимыхстакимиполупроводниковымитехнологиями,какGaN,нопоболеерентабельнойцене.ОсновныехарактеристикиипреимуществасиловогоблокаCSD86350Q5D:•Обеспечиваетмаксимальнуюэффектив-ность,частотуиплотностьэнергиипривдвоеменьшихразмерах,чемустрой-ствасраздельнымикомпонентами.•КПДболее90%прирабочейсилетока25Aобеспечиваетэффективностьвышена2%,апотеримощностименьшена20%,чемуконкурирующихустройств.•Удвоеннаячастотабезувеличенияпо-терьмощностипосравнениюсконку-рирующимирешениями.•КорпусSONразмером5×6ммсоткры-тойснизуплощадкойзаземлениязани-маетвдвоеменьшуюплощадь,чемдваотдельныхполевыхМОП-транзисторавкорпусахQFNразмером5×6мм,иупрощаеткомпоновку.Дополнительнаяинформацияомощ-ныхполевыхМОП-транзисторахнаосноветехнологииNexFETTM:•Полнаялинейкаустройствнабазетехно-логииNexFET:www.ti.com/mosfet-pr.•ОтветынавопросыиобменопытомсведущимиспециалистаминафорумепотехнологииNexFETTMвсетевомсооб-ществеE2ETMкорпорацииTI:www.ti.com/nexfetforum-pr.•ПоискновогополевогоМОП-транзистораспомощьюграфическогоинструментадляподборапараметров:www.ti.com/mosfet-gps-pr.•КонтроллерыDC/DC,оптимизиро-ванныедлятехнологииNexFETTM:TP40303,TPS40304,TPS40305,TPS51217иTPS51218.www.ti.com/powerblock-prruНовыйсиловойблокNexFETTMCSD86350Q5DНОВОСТИСкантиРусwww.scanti.comКомпонентыTIВыпуск2'2011Управлениепитанием
УправлениепитаниемВстатьеописанспособпроектированиябиполярногоис-точникапитания.Внёмиспользуетсяпонижающийстабили-заторсширокимдиапазономвходныхнапряженийврежи-меинвертирующегоисточникапитаниядляформированияотрицательногонапряжения.Положительноенапряжениепитаниясоздаётсяспомощьюстандартногоисточникапи-таниясосвязаннойиндуктивностью[5].Встатьювключенапроцедура,описаннаявдокументе[6].Даннаяпроцедурапроектированияприменимакпро-ектированиюбиполярногоисточникапитанияссимме-тричныминагрузками,такжеонаприменимаидляпро-чихпонижающихстабилизаторовсуправлениемпопи-ковомутоку.Посколькуотрицательноевыходноенапряжениеис-точникапитанияявляетсяземлейустройства,резисторыобратнойсвязимогутподключатьсямеждувыходамиположительногоиотрицательногонапряжений(рису-нок1).ВданномпримередлядемонстрациипроцедурыпроектированияиспользуетсястабилизаторTPS54160.TPS54160представляетсобой1,5-Аимпульсныйстабили-затор,работающийвширокомдиапазонечастотот300до2500кГцпривходныхнапряженияхот3,5до60В.Разработанныйисточникпитанияимееттехническиехарактеристики,показанныевтаблице1.ВыходноенапряжениеРазницамеждумаксимальнымвходнымнапряжением,Vвх.макс.,ивыходнымнапряжением,Voneg,недолжнапревышатьмаксимальногорабочегонапряжениястаби-лизатора.ДляTPS54160максимальноерабочеенапряже-ние,Vdevмакс.,составляет60В.Vвх.макс.≤Vdevмакс.+Voneg,(1)R1=R2×[(Vopos--Voneg)/Vref--1].(2)ПредполагаяVonegравным--12Вииспользуяуравне-ние1,получаем,чтомаксимальноевходноенапряжениедляисточникапитанияможетдостигать48В,этолегкообеспечиваеттребованиекмаксимальномувходномуПроектированиебиполярногоисточникапитаниясиспользованиемширокодиапазонногоимпульсногостабилизатораВстатьедемонстрируетсяуникальныйспособполученияположительногоиотрицательноговыходныхнапряженийпитаниясиспользованиемстандартногоимпульсногостабилизатора--способ,обеспечивающийхорошуюстабилизацию,обладающийотличнымихарактеристикамиперекрёстнойстабилизацииивозможностьюобеспечиватьстабилизированноеположительноевыходноенапряжениеприболеенизкомнапряжениинавходе(тоестьсвоз-можностьюповышениянапряжения).Популярныйспособполученияположительногоиотрицательногонапряженийотимпульсногоисточникапитания,использующийсвязаннуюиндуктивность,имеетнедостаток,заключающийсявнеобходимостиналичияминимальноготоканагрузкидлятого,чтобыполучитьприемлемоестабилизированноедополнительноевыходноенапряжение[1--4].ДэвидДэниелс(DavidG.Daniels)Рисунок1.Схемабиполярногоисточникапитания,использующегометодинвертированияТаблица1.Требованиякбиполярномуисточникупитания.Входноенапряжение,Vвхном.24В,от18до30ВПульсациивходногонапряжения<1%Выходноенапряжение,Vopos+12ВПульсациивыходногонапряжения,dVrpos<0,5%Выходноенапряжение,Voneg--12ВПульсациивыходногонапряжения,dVrneg<0,5%Положительныйвыходнойток,Iopos0,3AОтрицательныйвыходнойток,Ioneg0,3AЧастотакоммутации,fsw300кГцКомпонентыTIВыпуск3'2011СкантиРусwww.scanti.com
напряжению30В,показанноевтаблице1.Используемвыражение2дляопределенияR1длятребуемоговы-ходногонапряжения,положивR2равным1кОмиVrefравным0,8ВдляTPS54160.R1равно29кОм.Дляобе-спечениястабилизациинескольконижеивыше--12и+12Виспользуетсяноминал29,4кОм.ДиапазонвходныхнапряженийРабочеевходноенапряжение,Vвх.мин.,источникапитаниядолжнопревышатьминимальноенапряжениеустройства,Vdevмин.ДляTPS54160Vdevмин.составляет3,5В.Требованиекминимальномувходномунапряже-ниюисточникапитаниясоставляет18В,такимобразом,удовлетворяетсявыражение3:Vвх.мин.≥Vdevмин.(3)СкважностьИдеальноезначениескважностидляинвертирующегоисточникапитанияпоказановвидеуравнения4,еслипре-небречьпотеряминапереключение,потерямивиндуктив-ностиипадениемнадиодах.Выходноенапряжение,Vвых.,отрицательно,ивходноенапряжение,Vвх.,положительно,чтодаётположительныйрезультатдляуравнения4:D=--Voneg/(Vвх.--Voneg).(4)Максимальнаяскважность,Dмакс.,можетбытьрас-считанасиспользованиемминимальноговходногона-пряжения,Vвх.мин.,котороеподставляетсявместовход-ногонапряжения,Vвх.,вуравнении4.Полагая18ВдляVвх.иVonegравным--12В,максимальнаяскважность,Dмакс.,составит0,40.ВыходнойтокДляоценкиспособностивыбранногоимпульсногостабилизатораобеспечиватьтребуемыйвыходнойтокиспользуетсяуравнение5.Разработчикдолжензнатьминимальныйток,потребляемыйустройством,ICLмин.,максимальныйкоэффициентиспользования,Dмакс.,идолжениспользовать25%запасдляучётазначенияпульсацийтокавиндуктивности,ILoripple.Ioposмакс.+Ionegмакс.≤(ICLмин.--ILoripple/2)××(1--Dмакс.).(5)Принимаязаминимальноезначениетока1,8Aизначе-ниеILorippleравным25%отминимальноготока,макси-мальныйвыходнойток(Iopos+Ioneg),которыйможетобе-спечиватьсяTPS54160,оцениваетсянауровне0,945А.Посколькувыбранныйстабилизаторподдерживаетнеобходимыйдиапазонвходныхнапряженийиобеспе-чиваетмаксимальныйвыходнойток,следующимшагомявляетсярасчётзначенияиндуктивности,частотыкомму-тациииноминалавыходногоконденсатора.Максимальнаячастотакоммутациидолжнарассчиты-ватьсясиспользованиемминимальноговременивклю-чения,максимальноговходногонапряженияинекоторыхпотерьвисточнике.Еслимаксимальнаярасчётнаячастотапревышает2500кГц,поддерживаемыеTPS54160,необ-ходимоограничитьfskipмакс.значением2500кГц:fskipмакс.≤(--Voneg+Rdc×(Iopos+Ioneg)+Vfd)/[tonмин.×(Vвх.макс.--Rhs×(Iopos+Ioneg)++Vfd--Voneg)].(6)ДляTPS54160специальноучитываетсясдвигчастоты,возникающийдляпредотвращениявыбросатокаприкороткомзамыканииповыходу:fshiftмакс.≤[fdiv/tonмин.]××[(--Vonegsc+Rdc×(Iopos+Ioneg)+Vfd)/(Vвх.макс.--Rhs×(Iopos+Ioneg)+Vfd--Vonegsc)].(7)Максимальнаячастотакоммутацииявляетсяменьшейизfshiftмакс.илиfskipмакс.ВеличинаVonegsctermвуравнении7представляетсобойвыходноенапряжениепринеисправностиповыходу.fdivпредставляетсобойко-эффициентделениячастоты.Fdivравно8,когдаVвых.scменьше25%напряжениястабилизации.Подробностикасательносдвигачастотысмотритевразделе«Выборчастотыкоммутации»[8].Минимальноевремявключе-ния,tonmin.,составляет130нс,амаксимальноесопро-тивлениеКМОП-ключавовключённомсостоянии,Rhs,составляет400мОмдляTPS54160.Полагаяпадениена-пряжениянадиоде,Vfd,равным0,5В,сопротивлениеиндуктивности,Rdc,равным0,476Ом,максимальнаярасчётнаячастотасоставит2327и1598кГцприисполь-зованиивыражений6и7соответственно.Выбираемаячастотакоммутациинедолжнапревышать1598кГц.Посколькудляисточникатребуетсячастотакоммутации300кГц,ненужныникакиеизменениявконструкции.СвязаннаяиндуктивностьДляопределениязначенияиндуктивностинеобходиморассчитатьтоккоммутации,Iswavg,примаксимальномвыходномтоке(Iopos+Ioneg)имаксимальномвходномнапряжении.Максимальноевходноенапряжениеиспользуетсявка-чествепеременнойвуравнении4длярасчётаминималь-ногокоэффициентаиспользования,Dмин.ПолагаемVвх.макс.равным30В,Dмин.примерноравным0,286,итог-даIswavg,согласноуравнению8,равно0,84A.Величинаиндуктивностирассчитываетсяповыраже-нию9сиспользованиемпульсацийтока,равных25%отсреднеготокакоммутации.ИспользованиеDмин.длярасчётаминимальногозначенияиндуктивностидаётнаи-большуюиндуктивность.ПолагаяVвх.макс.равным30В,Ioposравным0,3A,Ionegравным0,3Aиfswравной300кГц,расчётноезначениеLoсоставит136мкГн.Длясвязаннойиндуктивностииспользуетсяближайшийстан-дартныйноминал,равный150мкГн.Токнасыщенияин-дуктивностидолженбытьбольшепиковоготока1,08A,рассчитанногопоуравнению11.Вкачествесвязаннойиндуктивностивыбранаиндук-тивностьMSD1260-154MLотCoilcraft.КомпонентыTIВыпуск3'2011СкантиРусwww.scanti.comУправлениепитанием
УправлениепитаниемПрииспользованииобеихобмотоктокнасыщениясо-ставляет1,82Аиноминальноедействующеезначениетокасоставляет0,82А.Coilcraftпредлагаетразнообраз-ныеготовыесвязанныеиндуктивностицелогорядастан-дартныхноминаловсразличнымитокаминасыщенияиразмерами,напримерMSD1278,MSD7243,LPD3015иLPD4012.Iswavg=(Iopos+Ioneg)/(1--Dмин.),(8)Lo≥Vвх.макс.×Dмин./(fsw×Iswavg×0,25).(9)Нарисунке2показанытокивпервичной(ILo,neg)ивторичной(ILo,pos)обмоткахсвязаннойиндуктивностиврежименепрерывнойпроводимости(CCM)ивпредпо-ложенииидеальногокоэффициентасвязи,используемыедлярасчётадействующегозначениятока.Дляоценкидействующегозначениятокачерезиндук-тивностьрассчитываютсяIpt1...Ipt6спомощьюуравненийс10по15,азатемэтизначенияподставляютсявуравне-ния16и17,которыеирешаются.Ipt2долженбытьменьшеминимальногопредельноготокасиловогоключа.Уравнение11даёт1,08А,чтоменьшепределапотокув1,8АдляTPS54160.ДиодDnegдолженвы-держиватьвыходнойток,Ioneg,которыйпоуравнению12составляет0,54А.Разностьмеждууравнением11иуравне-нием10представляетсобойпульсациитокавиндуктивно-сти,которыесоставляют0,16А.Среднеквадратичныезна-чениятоковдляобмоток,согласноформулам16и17,рав-нысоответственно0,742и0,388А.Этитокименьше,чемноминальныйтокв0,82А,указанныйв[5].ДействующеезначениетокаиспользуетсядляоценкипотерьмощностивиндуктивностипутёмиспользованияинструментадляоценкипотерьнапеременномтокеотCoilcraft,которыйможнонайтинасайтеwww.coilcraft.com.Ipt1=(Iopos+Ioneg)/(1--Dмакс.)--[(Vвх.мин.×Dмакс.)/(2×fsw×Lo)],(10)Ipt2=Ipt1+(Vвх.мин.×Dмакс.)/(fsw×Lo),(11)Ipt3=Ipt2/2,(12)Ipt4=Ipt3--1/2×[(Vвх.мин.×Dмакс.)/(2×fsw×Lo)],(13)Ipt5=Ipt3,(14)Ipt6=Ipt5--1/2×[(Vвх.мин.×Dмакс.)/(2×fsw×Lo)],(15)ILo,negrms=√[(D/3)×(Ipt12+Ipt1×Ipt2+Ipt22)++[(1--D)/3]×(Ipt32+Ipt3×Ipt4+Ipt42)],(16)ILo,posrms=√[((1--D)/3)×(Ipt52+Ipt5×Ipt6+Ipt62)].(17)ВыходнойконденсаторВыходныеконденсаторыпринимаюттокпризамкну-томключевысоковольтнойстороны.Длярасчётане-обходимойёмкостивыходногоконденсатораследуетиспользоватьзначениеминимальноговходногонапря-жения.Приэтомкоэффициентиспользованияипиковыйтокввыходномконденсаторемаксимальны.Используя0,5%пульсациюнапряжениясогласнотехническимтре-бованиям,dVвых.,иуравнение18,получаемConegмин.6,67мкФ.Впредположении0,5%пульсациинапряже-нияимаксимальногокоэффициентаиспользованияESR(эквивалентноепоследовательноесопротивление)прииспользованииуравнения19должнобытьмень-ше103мОм.Действующеезначениетокадлявыходно-гоконденсатораизуравнения20составляет0,245А.ВкачествевыходногоконденсатораиспользуютсядвапараллельновключённыхкерамическихконденсатораX5R22мкФ/25В,обладающихнизкимESRималымраз-мером.Вположительномплечеследуетиспользоватьтакойжеконденсатор.Conegмин.≥(Ionegмакс.×Dмакс.)/(fsw×dVrneg),(18)ESR≤dVrneg/[Ionegмакс./(1--Dмакс.)+1/2×((Vвх.мин.×Dмакс.)/(fsw×Lo))],(19)Iconegrms=Ionegмакс.×[Dмакс./(1--Dмакс.)]0,5.(20)ВыбордиодаМаксимальнодопустимоеобратноенапряжениедиодадолжнобытьбольшеразностимаксимальноговходногонапряженияивыходногонапряжения.Вдан-номпримередиодыдолжнывыдерживатьнапряжениебольше42В.Согласновыражению21,мощность,рассеиваемаядио-дом,рассчитываетсяисходяизпрямогопадениянапря-жениянадиоде,Vfd,примаксимальномвходномнапря-женииисреднеготокачерездиод.ПолагаяVfdравным0,5В,Pdiodeсоставит0,15Вт.Пиковыйтокчерездиодтакойже,какчерезиндуктивность,смотритеуравнение12.Следуетвыбиратьдиодсноминальноймощностьюнеменее0,15Втивыдерживающийтокчерезиндуктив-ность.Требованиякдиодуположительногоплечаана-логичны:Pdiodeneg=Vfd×Ioneg.(21)РассеиваемаямощностьМощность,рассеиваемаявустройстве,определяетсяпотерямивиндуктивностиикоммутационнымипотеря-Рисунок2.ТоквпервичнойивторичнойобмоткахLoКомпонентыTIВыпуск3'2011СкантиРусwww.scanti.com
мисиловогоключаинедолжнапревышатьпредельногозначениядляустройства.Кондуктивныеикоммутаци-онныепотеримогутбытьрассчитаныпоуравнению16.КондуктивныепотеризависятотскважностиD,действую-щегозначениятокавиндуктивностиILrmsиотсопротив-ленияRhs.Коммутационныепотеризависятотвременивключенияtrивременивыключенияtf,частотыкомму-тации,выходноготока,атакжеотвходногоивыходногонапряжений:Iswrms=[Dnom×[[(Iopos+Ioneg)/(1--Dnom)]2+1/12×[(Vвх.×Dnom)/(fsw×Lo)]2]]0,5,(22)Pdevice=Iswrms2×Rhs+1/2×(Vвх.--Voneg)××[(Iopos+Ioneg)/(1--D)]×(tr+tf)×fsw.(23)РасчётноезначениеIswrmsсоставляет0,522Aприноми-нальномкоэффициентеиспользования.Pdeviceсоставляет0,279Втвпредположении,чтоtrиtfсоставляют25нс.Частотнаяхарактеристикастабилизатораположительного/отрицательногонапряженияВ[4]обсуждаетсяпередаточнаяфункцияинвертирующегоисточникапитаниянаодновыходноенапряжение,априве-дённыенижеуравненияполученыаналогичнымобразом,посколькустабилизаторположительного/отрицательногонапряжениявкачествебазовогопреобразователяисполь-зуетинвертирующийисточникпитания.Уравненияоченьпохожи,нотребуютизменения,по-сколькуимеетсядвавыходныхнапряженияицепьоб-ратнойсвязипообоимвыходам.НольESR,fz1,рассчитываетсяспомощьюуравнения25иегозначениезависитотESRвыходногоконденсатора.Посколькукположительномувыходуподключенаоб-ратнаясвязь,эффективнаявыходнаяёмкостьсостав-ляетполовинуCoиэффективноеESRвдваразапревы-шаетESRконденсатораCo.ПоловиннаяCoидвойноеESRнемогутдаватьтожеположениенуляESR,чтоиуинвертирующегоисточникапитаниянаодновыходноенапряжение[4].Другойноль---этонольправойполуплоскости,fz2.Частотнаяхарактеристикаfz2характеризуетсявозрас-таниемусиленияиубываниемфазы.Частотаfz2зави-ситоткоэффициентаиспользования,сопротивлениянагрузкиизначенияиндуктивности.Выражение26даётминимальнуючастотуfz2,котораяиспользуетсядляопределениячастотыперехода.Аналогичновыраже-ниюдлянуляESRвыражениедлянуляRHPзаписыва-етсясизменениями,связаннымисдвумявыходныминапряжениями;окончательныйрезультатаналогичентаковомудляуравнениядляодноговыходногонапря-жения.Основнойполюс,fpole,зависитотсопротивленияна-грузки,номиналавыходногоконденсатораискважности(выражение27).Эффективноесопротивлениенагрузкивдваразапревышаеттаковоедляслучаяодноговыходно-гонапряжения,аэффективнаяёмкостьсоставляетполови-нуёмкостидляодноговыходногонапряжения;конечныйрезультатдляосновногополюсатакойже,чтоидляслучаяодноговыходногонапряжения.Kpnaпредставляетсобойусилениепопостоянномутокуииспользуетсядлярасчётакомпонентовчастотнойком-пенсации.Переменнаяgmpsпредставляетсобойкрутизнухарактеристикисиловогокаскадаисоставляет6А/ВдляTPS54160.Оценочноезначениеfz1составляет1033кГц.Выходнойконденсаторуменьшенна30%впредположениипостоянногонапряженияиESR,равного5мОм.Оценочноезначениеfz2составляет38,5кГц.Сопротивлениеиндук-тивности,Rdc,полагаетсяравным0,476Ом.Оценочноезначениеfp1составляет166Гцприноминальнойскважно-сти.Kpnaсоставляетпримерно240В/Вприноминальномвходномнапряжении,отсутствиикомпенсациинаклонаивысокогомодуляционногоусиления.T(s)=Kpna×[1+(s/(2×π×fz1))×(1--(s/(2×π×fz2)))]/[1+(s/(2×π×fp1))],(24)fz1=1/[2×Rc×(Co/2)×2×π,(25)fz2=[(1--Dмакс.)2×(--Voneg/Io×2)+(Rdc×2)××((1--Dмакс.)--Dмакс.)]/[Dмакс.×(Lo×2)×2×π],(26)fp1=(1+Dмин.)/[((--Voneg/lo)×2)×(Co/2)×2×π,(27)Kpna≈[[Vвх.×((--Voneg/Io)×2)]/[Vвх.+2×(--Voneg)]×gmps.(28)Переходнаяобластьдляисточникапитаниядолжнале-жатьмеждучастотамиfp1и1/3fz2.Рекомендуетсяначи-натьсчастотыперехода,fco,даваемойвыражением29.Оценочноезначениеfсосоставляет1459кГц.fco=[fp1×fz2/3]0,5.(29)Компенсационныйрезистор,Rcomp,необходимыйдлязаданиякомпенсационногоусиленияичастотыfco,рас-считываетсясиспользованиемзначенийVref,равного0,8В,иgmea,равного92мкА/ВдляTPS54160:Rcomp=fco/(Kpna×fp1)×(Vopos--Voneg)/(Vref×gmea).(30)ДлярасчётаRcompнеобходимоподставитьfcoввыра-жение30.Rcompравно11,9кОм.Используетсяближай-шийстандартныйноминал11,7кОм.Нолькомпенсациизадаётсякакполовинаглавногополюса,fp1.Длярасчётаконденсаторакомпенсациинуля,Czero,используетсявыражение31.Выражение31даёт163нФ;используетсястандартноезначение,равное160нФ.Полюскомпенса-циизадаётсяравнымнулюRHP,fz2.Длярасчётаёмкостикомпенсациидляполюсаиспользуетсяуравнение32,котороедаёт354пФ.Ближайшеестандартноезначениесоставляет359пФ.Czero=1/[(fp1/2)×2π×Rcomp],(31)Cpole=1/[fz2×2π×Rcomp].(32)КомпонентыTIВыпуск3'2011СкантиРусwww.scanti.comУправлениепитанием
УправлениепитаниемВходныеконденсаторыTPS54160требуетиспользованияразвязывающегокон-денсатора,Cd,нарисунке1,подключённогоквыводамVвх.иземли.Посколькувыводземляустройстваявляетсявыходомисточникапитания,номинальноенапряжениеконденсаторадолжнобытьбольшеразностимаксималь-ноговходногоивыходногонапряженийисточникапита-ния.Уравненияс33по36используютсядляопределенияёмкости,максимальногозначенияESR,иноминальноготокадлявходногоконденсатораCвх.Iвх.avg=((Iopos+Ioneg)×Dмакс.)/(1--Dмакс.),(33)Cвх.=Iвх.avg/[fsw×0,01×Vвх.мин.],(34)ESRcвх.≤(0,01×Vвх.мин.)/Iвх.avg,(35)Icвх.rms=[[(Ipt2--Iвх.avg)2+[(Vвх.мин.×Dмакс.)/(Lo×fsw)]2/12]×Dмакс.+Iвх.avg2×(1--Dмакс.)]0,5.(36)ВремяплавногопускаУстановканебольшогокерамическогоконденсаторамеж-дуSS/TRиземлёйкристалла(тоестьVвых.системы)позво-ляетрегулироватьвремяплавногопускаTPS54160.Номиналёмкостиплавногопускарассчитываетсяспомощьюурав-нения30.Выражениеподразумеваетзначениеподбросав2мкАиизмерениевременипоуровням10и90%.Css=tss(s)×2×10--6/(Vref(V)×0,8),(37)РезистордлязаданиячастотыЧастотакоммутациизадаётсярезисторомRT,вклю-чаемыммеждувыводамиRT/CLKиземлёйкристаллаTPS54160.Дляопределенияноминаларезисторазаданиячастотыиспользуетсявыражение31.RT(кОм)=206033/fsw(кГц)1,0888.(38)СинхронизациявнешнимтактовымсигналомTPS54160имеетвыводCLK,которыйможноиспользо-ватьдлясинхронизациичастотыкоммутацииисточникапитаниявнешнимсистемнымтактовымсигналом.Дляпривязкисистемнойземликземлеустройстванеобхо-димоиспользоватьсхемусдвигауровня.ПусковоенапряжениеКогдаTPS54160используетсявкачествепонижающегостабилизатора,возможнарегулировканапряженияпускаиостановарезистораминавыводеEN.Стоповоенапря-жениенижепусковогонапряжения.Прииспользованииинвертирующегоисточникапитаниянеобходимотолькопусковоенапряжение.ПослезапускаинвертирующегоисточникапитанияэффективноевходноенапряжениенаустройствеTPS54160возрастаетпомередостиженияполнойстабилизациивыходногонапряжения.Поэтомурекомендуетсяиспользоватьрезисторменьшегономи-наладляминимизациинапряжениягистерезиса.Когдавходноенапряжениеупадётпоотношениюквыходному,напряжениегистерезисаотключитустройство.Уравнениясмотритевразделе«Разрешениеирегулировкаблоки-ровкипопониженномунапряжению»[8].ЭкспериментальныерезультатыНарисунках4--23показанырезультатыэксперименталь-нойпроверкиконструкции,изображённойнарисунке3.Границапереходаотрежимапрерывистойпроводимо-сти(DCM)крежимунепрерывнойпроводимости(CCM)соответствуетвыходномутоку24мА.Границапереходакрежимупропускаимпульсов(PSM)соответствуетвы-ходномутоку2,5мА.Входнойтокприотсутствиинагрузкиивходномнапряжении24Всоставляет2,53мА.Рисунок4.ЗависимостьКПДоттоканагрузкиIoposРисунок3.Источникпитания24В±12В/0,3AКомпонентыTIВыпуск3'2011СкантиРусwww.scanti.com
Рисунок5.ЗависимостьКПДоттоканагрузкиIoposРисунок8.ЗависимостьвыходногонапряженияVonegоттоканагрузкиРисунок6.ЗависимостьвыходныхнапряженийоттоканагрузкиРисунок9.ПерекрёстнаястабилизацияРисунок7.ЗависимостьвыходногонапряженияVoposоттоканагрузкиРисунок10.ПерекрёстнаястабилизацияКомпонентыTIВыпуск3'2011СкантиРусwww.scanti.comУправлениепитанием
УправлениепитаниемРисунок11.ЗависимостьстабильностивыходногонапряженияотвходногонапряженияРисунок14.Включениестабилизаторапритокенагрузки300мАРисунок12.ЗависимостьстабильностиVoposотвходногонапряженияРисунок15.Отключениестабилизаторапритокенагрузки300мАРисунок13.ЗависимостьстабильностиVonegотвходногонапряженияРисунок16.КоммутацияиформасигналовтокаприработеврежимеCCMКомпонентыTIВыпуск3'2011СкантиРусwww.scanti.com
Рисунок17.Пульсациивыходногонапряженияпривыходномтоке300мАРисунок20.Откликнаскачоктоканагрузкиот300до0мАпри24ВРисунок18.Пульсациивыходноготокапривыходномтоке300мАРисунок21.Откликнаскачоквходногонапряженияот18до30Впритокенагрузки300мАРисунок19.Откликнаскачоктоканагрузкиот0до300мАпри24ВРисунок22.Откликнаскачокнапряженияот30до18Впритокенагрузки300мАКомпонентыTIВыпуск3'2011СкантиРусwww.scanti.comУправлениепитанием
УправлениепитаниемЛитература1.ПостроениевспомогательныхисточниковпитаниянабазеимпульсныхDC/DC-преобразователейпо-ложительногонапряжения,отчётпоприменениюAN3740,MaximIntegratedProducts,март2006.2.Стабилизаторнадвавыходныхнапряжения,исполь-зующийтолькооднуиндуктивность.Рекомендациипопроектированию100,CarlNelson(КарлНельсон),LinearTechnologyCorporation.3.Построениедвуполярногопреобразователянапо-нижающемстабилизатореидвухиндуктивностях,KeithSzolusha(КейтСзолюша),LinearTechnologyCorporation,EDN,март2003.4.Экономическивыгоднаягенерациявспомогательныхна-пряжений,JohnBetten(ДжонБеттен),TexasInstruments,DallasPowerElectronicsTechnology,январь2008.5.СвязанныесиловыеиндуктивностиCoilcraft,Coilcraft,Inc.6.Созданиеинвертирующегоисточникапитаниянабазепонижающегостабилизатора,отчётпоприменениюсметодикойрасчёта(SLVC211).7.Созданиеисточникапитаниясразделённойшинойнабазепонижающегостабилизатора,отчётпопримене-ниюсметодикойрасчёта(SLVC225).8.TPS54160(SLVS795).Рисунок23.ЧастотнаяхарактеристикаприVвх=24ВиIвых=300мAНаконференции--APEC2011(AppliedPowerElectronicsTechnologyConferenceandExhibitionивыставкаприкладныхтехнологийсиловойэлектроники)TexasInstrumentsIncorporatedпредставиласамыепроизводительныеисамыекомпактныепо-нижающиестабилизаторысовстроеннымиFETидопустимымитокамидо25Адляприменениявтелекоммуникациях,вычис-лительныхсетяхидругихсистемах.Простойвиспользовании14В,25Асинхронныйпреобра-зовательTPS56221семействаSWIFTTMсовстроеннымиMOSFETтранзисторамиNexFETTMпозволяетдостичьплотностимощностиболее200Вт/дюйм3иКПДболеечем90%припреобразовании12Вв1,3В,обеспечиваяприэтомвыходнойтокдо25Апричастотепереключения500кГц.Новый14В,15Асинхронныйпре-образовательTPS56121имеетна3%большийКПДпривходномнапряжении5Вивыходномнапряжении1,2Вивдвоебольшуючастотупереключенияпосравнениюсдругимипохожимииз-делиями,обеспечивающимиток15А.«Источникипитаниянаплатеуправления,какправило,пред-полагаютплотнуюкомпоновкусхемитребуютбольшуюплот-ностьмощности,особенноэтокасаетсясистем,работающихприбольшомтоке»,--говоритСамиКириаки,старшийвице-президентвобластиуправленияпитаниемкорпорацииTI.«ЭтидвановыхпродуктарасширятнашесемействоSWIFTрешениямисбольшимтокомипозволятзаказчикамсовершитьпрорыввоб-ластиуправленияплотностьюмощности,производительностьюитемпературойи,вконечномсчёте,дадутвозможностьсоздаватьещёболееэнергоэффективноеинадёжноеоборудование».УстройстваTPS56221иTPS56121поставляютсявкорпусахQFNразмером5×6мм,предполагающемтемпературнуюзащиту.Общаяплощадьрешениясоставляет315мм2--на30%меньшедругихдискретныхрешений.Обаустройства--этопервыепре-образователи,использующиетехнологиюNexFETTMкорпорацииTIиобладающиеулучшеннымитепловымихарактеристиками,усовершенствованнойзащитой,высокимКПДинадежностью.Преобразователипредполагаютвыборизтрёхвариантовчастот:300кГц,500кГци1МГцдлягибкостиконструированияипод-держкидиапазонавходныхнапряженийот4,5до14В.ОсновныефункцииипреимуществаTPS56221иTPS56121•ВысокийКПДприбольшихтоках:болеечем90%примак-симальныхтоках25и15Апривходныхнапряженияхот4,5до14В•Компактныйразмерибольшаяплотностьмощности:об-щаяплощадьпечатнойплатысоставляет315мм2,достигаяприэтомплотностиболее200Вт/дюйм3СборкаNexFET-транзисторовподдерживаетмногофазныеприложенияна50,100Аивыше.ПомимоподдержаниябольшихтоковпреобразователейSWIFTTM,транзисторнаяNexFET-сборкаCSD86350Q5D,пред-ставленнаявпрошломгоду,позволяетсоздатьвысокопроиз-водительнуюконструкциюдлямногофазныхнагрузоксещебольшимдопустимымтоком.Сборкахорошосопрягаетсяскон-тролеромTPS40140дляподдержкимногофазныхконструкций,масштабируемыхдо50,100Аиболее.УстройстваTPS56221иTPS56121поставляютсявпростомдлямонтажа22-контактномкорпусеQFNразмером5×6ммсоднойтепловойплощадкойPowerPadTM.www.ti.com/tps56221-preuПонижающиестабилизаторыSWIFTTMвкомпактныхкорпусахнаток15и25АобеспечиваютнаивысшуюпроизводительностьиплотностьмощностивсистемахпитанияНОВОСТИКомпонентыTIВыпуск3'2011СкантиРусwww.scanti.com
ВведениеПлатаTPS62260LED-338(рисунок1)служитдлядемонстрациирешенияTIпообеспечениюпитаниясветодио-доввысокойяркости.Онаоснащенатремявольтодобавочнымипреобра-зователями,работающимиврежиместабилизациитока.Такженаплатеустановленмикроконтроллерстрёх-каскаднымШИМ-генератором.Принеобходимостиможновоспользо-ватьсярасширениемдлядистанци-онногоуправленияпорадиоканалу.Благодаряэтомупользовательмо-жетуправлятьцветомияркостьюлампысамостоятельноилизапуститьавтоматическуюпрограммуцветовойанимацииподсвоёнастроение,му-зыкальныйфон,демонстрируемыйвтекущиймоментфильмилидажеподпогодузаокном.Управлениецветомпроизво-дитсяпосредствомизмененияинтенсивностикрасных,зелёныхисинихсветодиодов.КомпонентMSP430управляетяркостьюкаж-догосветодиода,изменяяток,генерируемыйтремявольтодо-бавочнымипреобразователямиTPS62260.Спомощьюинструмен-таразработчикаeZ430-RF2500наплатуTPS62260LED-338можетбытьдобавленбеспроводноймо-дульдистанционногоуправления.Этотинструментобеспечиваетраз-работчиковплатформойсполнойподдержкойдляразработкиновых,поражающихвоображениесвето-техническихприложенийвпотре-бительских,коммерческих,про-фессиональныхиархитектурныхприменениях.Краткоеописаниеустройства:•Рентабельноерешение.•Демонстрационныйрежимсме-шенияцветовRGBпослезапуска.•Регулированиецветачерезинкре-ментныйшифратор.•Хранение252значенийцвета(до-полнительныезначенияпрограм-мируютсяпользователем).•16-разрядныйШИМглубиныияркостинаканал.•3вольтодобавочныхпреобра-зователяTPS62260на2,25МГц,600мА.•МикроконтроллерMSP430F2131.•РазъёмдляплатырасширенияeZ430-RF2500вкачествемоду-лядистанционногоуправленияпорадиоканалу.•3светодиодамощностью1Вт,OsramGoldenDragonTM.•Малоечислокомпонентов.СекциявольтодобавочногопреобразователяБольшинстводоступныхнарын-кепереключающихрегуляторовконфигурируетсявкачествеисточ-никовстабилизированногонапря-жения,анеисточниковстабилизи-рованноготока,какэтотребуетсядляпитаниясветодиодов.Длятогочтобыперейтиотстабилизирован-ногонапряженияпитаниякстаби-лизированномутоку,необходимыДабудетсвет!ДиркГерке(DirkGehrke)Рисунок1.ПлатаTPS62260LED-338ирасширениедлядистанционногоуправленияRF2500TСкантиРусwww.scanti.comКомпонентыTIВыпуск3'2011Управлениепитанием
Управлениепитаниемлишьнебольшиеизменения:вместоделителянапряжения,обычнопри-меняемогодляустановкивеличинывыходногонапряжения,вконтурезаземленияследуетиспользоватьшунт.ВтакойконфигурациишунтомявляетсяR9,чтоприводиткпроте-каниючерезсветодиодтокавели-чиной300мА(исходяизопорногонапряжения600мВ,используемогоусилителемсигналарассогласова-ниявмикросхемеTPS62260).Нари-сунке2приводитсясхемакаскадаодноканальноговольтодобавочногопреобразователястабилизирован-ноготока.Дляизмененияяркостикаждо-гоотдельногосветодиоданеоб-ходимафункцияеёрегулирова-ния.ВданнойстатьеиспользуетсяШИМ-регулированиеяркости,по-скольку,во-первых,прилиней-номрегулированиияркостьсвето-диоданепропорциональнатоку,аво-вторых,длинаволны(тоестьсвет)излучаемогосветаизменя-ется,когдавеличинатокаоткло-няетсяотноминальногозначения.ШИМ-регулированиеяркостиосу-ществляетсяпутёмподачисигналаШИМнавходусилителясигналарассогласованиявольтодобавочно-гопреобразователяTPS62260черезнебольшойимпульсныйдиод(D1).Положительныйуровеньнапряже-ниясвыше600мВ,приложенныйквыводу3усилителясигналарас-согласованияTPS62260,возбуждаетусилительсигналарассогласования,заставляявольтодобавочныйпреоб-разовательпрекратитькоммутациюивыключая,такимобразом,токсве-тодиода(D3).ЕслиуровеньсигналаШИМнизкий,тоTPS62260немед-ленновозобновляетполноценноефункционированиебеззадержекплавногопуска,которыенаблюда-лисьбывслучаеиспользованиявы-водаEN.Испытанияпоказали,чточастотыШИМ-регулированияяр-костибезупречнофункционируютдо5кГц,обеспечиваястабильнуюработусхемы.Посколькукомпо-нентTPS62260работаетпричасто-текоммутации2,25МГц,томожноиспользоватьвнешниекомпонентынебольшогоразмера,такчтосхемапреобразователявцеломполучает-сявесьмаминиатюрной.Посколькуданнаяконфигурациятребуетна-личиятрёхсветодиодов(красный,зелёныйисиний),тоиспользуютсятриидентичныхкаскададрайверастабилизированноготока.Еслииспользуютсясветодиодысразнойноминальноймощностью,тонаилучшимвыбороммогутбытьустройстваTPS62240(300мА)илиTPS62290(1А).Этипреобразовате-липоставляютсяводинаковыхкор-пусахипозволяютмасштабироватьприложениевсоответствиистребо-ваниями,неизменяякомпоновкисхемы.ТрёхкаскадныйШИМ-генераторТрёхкаскадныйШИМ-генераторреализованнамикроконтроллереMSP430F2131.Этоткомпонентзапро-граммированнаполучениекомандотинкрементногошифратора(S1),внутреннепроиндексированногопотаблицепреобразования.Таблицапреобразованиясодержит252зна-чения,описывающихкорректныесоотношенияпараметровШИМдлякрасных,зелёныхисинихсветодио-дов.СигналШИМ,соответствующийотдельнойпозициитаблицыпреоб-разования,затемподаётсянавыход-ныеконтактныевыводы14,15и16причастотеприблизительно122кГц.ЭтисигналызатемиспользуютсядляуправлениякаскадамиописанногоРисунок2.ВольтодобавочныйпреобразовательнабазеTPS62260СкантиРусwww.scanti.comКомпонентыTIВыпуск3'2011
вышевольтодобавочногопреобра-зователястабилизированноготока,чтопозволяетобеспечиватьразлич-ныецвета.Нарисунке3приводитсяде-тальнаясхемамикроконтроллера.ДвухразрядныйкодГрея,генери-руемыйповоротнымрегулятором,определяетсямикроконтроллером,которыйзатемувеличиваетилиуменьшаетнаединицууказательта-блицыпреобразованиявнаправле-ниивращения.Таблицапреобразованияустроенатакимобразом,чтовлюбоевремяеёможнорасширитьдополнительны-мизначениямиШИМдлякрасных,зелёныхисинихсветодиодов(илисократить,удаляязначения).Плататакжеимеетдемонстраци-онныйрежим,вкоторыйонапере-ходитприподачеэлектропитаниясвнешнегоисточникапитаниясна-пряжением5Впостоянноготока.Вдемонстрационномрежимезна-чения,хранящиесявтаблицепре-образования,последовательносчи-тываютсяивыводятсянаконтактныевыводы14,15и16вбесконечномци-кле.Переключениедемонстрацион-ногорежимананормальныйрежимработывыполняетсяпростымпово-ротомугловогокодеравлюбомна-правлении.РасширениедлядистанционногоуправленияпорадиоканалуДополнительный6-контактныйштекерныйразъёмсметкойJP1мо-жетиспользоватьсядлярасширенияустройстваTPS62260LED-338моду-лемдистанционногоуправленияпорадиоканалу.Инструментраз-работчикаeZ430-RF2500постав-ляетсясотладочнойинтерфейснойплатойUSB,атакжесдвумяплатамибеспроводногоинтерфейсаeZ430-RF2500T.КаждаяизплатRF2500Tимеет6-контактнуюгнездовуюко-лодку,позволяющуюпроизводитьотладкуипрограммированиечерезтотжеразъём.Этотразъёмтакжеслужитвкачествеинтерфейсавце-левыхприложениях.Каждаяпла-таRF2500Tсостоитизмикрокон-троллераMSP430F2274имодулятрансивераCC2500,выполняющегопередачуначастоте2,4ГГц.Вплатутакжевстроеныгенераторчастотыиантенна-микросхема.Литература1.TPS62260LED-338,драйвертрёх-цветныхсветодиодов(SLVU240).2.TPS62260,техническиеданные(SLVS763).3.eZ430-RF2500,инструментразра-ботчика(SLAU227C).4.MSP430,интерфейскбиблиотекепрограммныхкодовСС1100/2500(SLAA325).5.CC2500,недорогоймаломощныйтрансиверна2,4ГГц(SWRS040B).6.MSP430x22x2,микроконтрол-лердлясмешанныхсигналов(SLAS504B).7.www.ti.com/LED-ruРисунок3.ТрёхкаскадныйШИМ-генераторнабазеMSP430F2131СкантиРусwww.scanti.comКомпонентыTIВыпуск3'2011Управлениепитанием
ВведениеВданнойстатье,описывающейпрактическоерешениепроблемы,поясняется,какиспользоватьнадлежащуюкомпоновкуплатыи/илидемпфирующуюсхемудлясни-жениявысокочастотныхпаразитныхколебанийвузлекоммутацииповышающегопреобразователя.ОписаниепроблемыСхема,изображённаянарисунке1,показываетконтурвповышающемпреобразователе,образуемыйпаразит-нымииндуктивностямииёмкостями,LПАРиCПАР,которыйможетсоздаватьпроблемы.Узел,вкоторыйвходятдваключаииндуктивностьимпульсногопреобразователя,называетсяузломкоммутации.Нередкопаразитныеиндуктивностииёмкостивзаимодействуютивызываютколебаниянапряжениявузлекоммутациивдиапазоне±200МГц.Еслиамплитудаэтихколебанийпревышаетабсолютноемаксимальноезначениеноминальногона-пряженияключанижнегоплеча,ономожетвывестиключизстроя.Крометого,помехи,наводимыевпроводах,и/илиизлучаемыеэлектромагнитныепомехи(ЭМП),ко-торыесоздаютсяэтимиколебаниями,могутстатьпричи-нойпроблемвнаходящихсярядоммикросхемах.Нарисунке2показанснятыйсэкранаосциллографаграфикнапряжениявузлекоммутацииповышающегопреобразователясценойделения5нспоосивремени.Графикснятспомощьюосциллографаищупаосцил-лографасширинойполосычастотнеменее500МГц,чтоприблизительновдвоебольшеожидаемойчасто-тыпаразитныхколебаний200МГц.Контурзаземлениящупаосциллографасведёнкминимуму,чтобыиндук-тивныенаводкинеискажалирезультатыизмерения.ПриVВХ=3,3ВиVВЫХ=5ВмаксимальноенапряжениевузлекоммутациидолжнобытьнеболееVВЫХ+VДИОД≈5,7В.Однакомаксимальнаяамплитудапаразитныхколебанийвузлекоммутациисоставляет9,8В,чтоможетпривестикповреждениюключанижнегоплеча.Уразработчикасхемыпитанияестьнескольковари-антовсвестикминимумуэтипаразитныеколебаниянастадиипроектирования.Еслииспользуетсяконтрол-лер,разработчикуследуетвыбратьполевыетранзисто-рыидиодысминимальнымипаразитнымиёмкостя-ми,азатемскомпоноватьплатутакимобразом,чтобысвестикминимумурасстояниеобоихключейдоин-дуктивности,минимизировавтемсамымLПАР2иLПАР3.Крометого,разработчикможетсвестикминимумуLПАР1,уменьшиврасстояниемеждуистокомполевоготран-зистораиточкойилислоемзаземленияпитания.LПАР4иLПАР5можноминимизировать,разместиввыходнойнакопительныйконденсаторкакможноближеккато-дудиодаиточкезаземленияпитания.Такжерекомен-дуетсяиспользоватьвысокочастотныйшунтирующийконденсаторCВЫХ-ШУНТмеждувыходом0,01--2,2мкФиточкойзаземленияпитания.МинимизацияпаразитныхколебанийвпреобразователеДжеффФалин(JeffFalin)Рисунок1.СхемаповышающегопреобразователяРисунок2.КолебаниянапряжениявузлекоммутацииповышающегопреобразователяСкантиРусwww.scanti.comКомпонентыTIВыпуск3'2011Управлениепитанием
Улучшениекомпоновкиплатыможетоказатьсяневоз-можнымвследствиеограниченийразмеровплатыилииз-заполевыхтранзисторов,интегрированныхвмикро-схемупитания,которыеобладаютвнутреннимиCПАР#,LПАР1,LПАР2иLПАР3.Поэтомуможетпотребоватьсядемп-фирующаясхемамеждуузломкоммутациииточкойза-земления,состоящаяизRДЕМПФиCДЕМПФ.Демпфирующаясхема--этоцепь,поглощающаяэнергию,котораяис-пользуетсядляустраненияскачковнапряжения,вы-званныхпаразитнойиндуктивностьюприоткрытииключа.Обеспечиваяальтернативныйпутькземледлятока,текущегочерезпаразитнуюиндуктивностьцепи,демпфирующаясхемаснижаетнапряжениепереход-ногопроцессаиуменьшаетпоследующиепаразитныеколебания,обусловленныепаразитнойёмкостью,когдаключоткрывается.Далеевстатьерассматриваетсявопросотом,каквыбратьноминалыэлементовдемпфирующейсхемыдляуменьшенияпаразитныхколебанийтак,чтобыэтонепривелоксущественномуувеличениювремениза-пиранияключаилиснижениюобщегоКПД.Послеопределениячастотыпаразитныхколебаний,fНАЧ=217МГц,вызванныхпаразитнойиндуктивностьюLΣПАР#ипаразитнойёмкостьюCΣПАР#,пографикусэкра-наосциллографа,которыйизображённарисунке2,добавьтедостаточнуюёмкостьCДОБмеждуузломкомму-тациииземлей,чтобыснизитьчастотупаразитныхколе-банийнаполовину.Нарисунке3показанызатухающиеколебаниясчастотой113МГцпоследобавленияёмкости300пФ.ПосколькурезонанснаячастотаLC-контураобратнопропорциональнаквадратномукорнюизпроизведе-нияLиC,общаяёмкостьцепиCΣПАР#+CДОБстановитсяв4разабольшеизначальногозначения,илиCΣПАР#=CДОБ/3.Этоминимальноезначениеёмкости,котороеследуетиспользоватьвкачествеCДЕМПФ.Величинупаразитнойиндуктивности,вызывающейпаразитныеколебания,можнорассчитатьспомощьювыражения:fНАЧ=1/[2π√LΣПАР#CΣПАР#](1)Выражениеможнопереписатьследующимобразом:LΣПАР#=1/[CДОБ/3×(2πfНАЧ)2](2)ВэтомпримереLΣПАР#составляет5,4нГн.Наконец,опти-мальнымзначениемсопротивлениярезисторадемпфирую-щейсхемыявляетсяхарактеристическоевходноесопротивле-ниеизначальнойпаразитнойёмкостиCΣПАР#=CДОБ/3=100пФипаразитнойиндуктивностиLΣПАР#=5,4нГн:RДЕМПФ=√LΣПАР#/CДОБ/3(3)Извыражения3,RДЕМПФ=7,3Ом,чтоокругляетсядо10Ом.ПослевключениявсхемуCДЕМПФ=330пФ,сле-дующегостандартногозначения,превышающегорас-считанноезначениеCДОБ,иRДЕМПФ=10Оммеждуузломкоммутациииземлейполученвторойграфикнапряжениявузлекоммутациисэкранаосциллографа,которыйпо-казаннарисунке4.Обратитевниманиенато,чтотеперьколебанийнет,мак-симальнаяамплитудапаразитногонапряженияуменьшенана1,8Вдо8В(снижениена20%),авремязапиранияклю-часнизилосьвсегона2нс.РазработчикможетпошаговоувеличиватьCДЕМПФ,покауголузлакоммутацииненачнётсглаживаться(предполагается,чтоконтурLΣПАР#,CДЕМПФиRДЕМПФимееткритическоезатуханиеприQ=1).ОднакопомереувеличенияCДЕМПФвозрастаетэнергия,поглощае-маядемпфирующейсхемой,ипоэтомумощность,кото-руюдолженрассеиватьрезисторRДЕМПФ,такжестановитсябольше,втовремякакКПДповышающегопреобразовате-ляпадает.Мощность,которуюдолженрассеиватьRДЕМПФ,вычисляетсякакPДЕМПФ=1/2CДЕМПФ×VМАКС2×fКЛЮЧ,гдеVМАКС---этоуменьшеннаямаксимальнаяамплитуда,аfКЛЮЧ--частотакоммутацииповышающегопреобразо-вателя.Разработчикдолженпозаботитьсяотом,чтобыкорпусRДЕМПФбылдостаточнобольшимдлярассеиванияэтоймощности.ВообщевыборCДЕМПФ,равнойследующемустандартномузначению,превышающемутребуемоедляснижениячастотыколебанийнаполовинуCДОБ,даётсниже-ниемаксимальнойамплитудыпримернона20%,уменьшаямаксимальныйКПДвсегонанесколькопроцентов.Рисунок3.Колебаниянапряжениявузлекоммутацииповышающегопреобра-зователяприналичииёмкости300пФмеждуузломкоммутациииземлейРисунок4.НапряжениевузлекоммутацииповышающегопреобразователяпоследобавлениядемпфирующейсхемыСкантиРусwww.scanti.comКомпонентыTIВыпуск3'2011Управлениепитанием
ПостояннаяборьбазаповышениеКПДDC/DC-преобразователейиболееполноеис-пользованиезарядабатарейпитаниявызываетнеобходимостьпоискановыхсхемныхреше-нийдляреализацииэтихзадач.Таккаквсовременномпортативномобору-дованиииспользуютсябыстродействующиемикропроцессоры,имеющиебольшоеэнергопо-треблениеималоенапряжениепитанияядра,атакжецелыйряддругихустройств,напряже-ниепитаниякоторыхсоставляет3.3...5В,товозникаетнеобходимостьпостроениякакпо-нижающих,такиповышающихпреобразова-телейнапряжения.Такиепреобразователине-обходимыдляпитаниямощныхсветодиодов,работающихвустройствахснизкимнапряже-ниемпитанияивомногихдругихслучаях.Традиционнопонижающие/повышающиепреобразователи(Buck-Boost-преобразователи)строятсяпотопологиямSEPIC(Single-EndedPrimary-InductanceConverter),Flyback(обрат-ноходовые)иZETA[1,2].Также,какивобыч-ныхпонижающихилиповышающихпреобразо-вателях,вэтихтопологияхпредусмотренодинактивныйиодинпассивныйключевойэлемент.Возможностькакпонижать,такиповышатьвыходноенапряжениедостигаетсяприменени-емдополнительнойкатушкииндуктивностивпреобразователяхтипаSEPICиZETA(другоеназвание--InverseSEPIC)илитрансформаторавтопологииFlyback(рис.1).Вкачествепонижающего/повышающегоможетиспользоватьсяинвертирующийпре-образователь[3],реализованныйпопростей-шейсхеме(рис.2,а),илипотопологииCuk(рис.2,б),фактическиявляющейсякомбина-циейтопологийSEPICиZETA.Преобразовате-листопологиейCukмогутбытькакнеизоли-рованными,такиизолированнымиблагодаряиспользованиютрансформатора.BUCK-BOOSTDC/DC-CONVERERSOFANALOGDEVICESFORPORTABLEEQUIPMENTInarticlefeaturesofconstructionofDC/DC-convertersonthebasisofthechipsreleasedbycompanyAnalogDevicesareob-served.Universalconverterswhichcanworkasbuckorboostaredescribed.Characteristicsofconvertersarepresentedatvariouscurrentsofloading,inputandoutputvoltages.V.MakarenkoВстатьерас-смотреныосо-бенностипострое-нияDC/DC-преобра-зователейнабаземикросхем,выпускаемыхкомпаниейAnalogDevices.Рассмотреныуни-версальныепреобразователи,которыемогутработатьвкачествеповышающихилипони-жающих.Приведеныхарактеристикипре-образователейдляразличныхтоковнагруз-ки,входныхивыходныхнапряжений.В.МакаренкоПОВЫШАЮЩИЕИПОНИЖАЮЩИЕDC/DC-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИANALOGDEVICESДЛЯПОРТАТИВНОЙАППАРАТУРЫАbstract--Рис.1.ТопологииасинхронныхDC/DC-преобразователей:SEPIC(а),Flyback(б)иZETA(в)ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ2,февраль2011www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
КомпанияAnalogDevicesвыпускаетболь-шоечислоDC/DC-преобразователей[4],кото-рыепозволяютобеспечитьширокийдиапазонвходныхивыходныхнапряженийитоков.ВкачествепримерарассмотримИМСуни-версальногоподдерживающегонесколькото-пологийасинхронногопреобразователяADP1111,основныехарактеристикикоторогоприведеныниже[5]:•работаврежимепонижающего,повышаю-щегоилиинвертирующегопреобразовате-ля•диапазонвходныхнапряжений2...30В(2...12.6Вдляповышающегопреобразова-теля)•диапазонвыходныхнапряжений1.25...45В•частотапреобразования72кГц•токпотребленияврежимеSwitch-ModePowerSupply(SMPS)непревышает500мкА•детекторнизкогозарядабатареипитания•регулируемыйпользователемвыходнойток•встроенныйключ,обеспечивающийвыход-нойтокпреобразователядо400мА•фиксированноеилирегулируемоевыход-ноенапряжение•корпусDIP-8илиSO-8.Выпускаютсятримодификациимикросхе-мысфиксированнымвыходнымнапряжением:ADP1111--3.3(+3.3В),ADP1111--5(+5В)иADP1111--12(+12В).ФункциональнаясхемаADP1111приведе-нанарис.3.Типоваясхемавключениявре-жимеповышающегопреобразователяприведе-нанарис.4.Напряжениесвыходапреобразо-вателяподаетсянавыводSENSEичерездели-тельнапряжения--наинвертирующийвходкомпаратораА1(рис.3),которыйсравниваетегосэталоннымнапряжением1.25В.Выход-ноенапряжениекомпараторауправляетрабо-тойШИМ-модулятора(OSCILLATORнаРис.2.ТопологииинвертирующихасинхронныхDC/DC-преобразователей:простейшего(а)инеизолированногоСuk-преобразователя(б)Рис.3.Функциональныесхемыповышающих/понижающихпреобразователейADP1111(а)иADP1111-5/ADP1111-12(б)Рис.4.ТиповаясхемавключенияADP1111-5вкачествеповышающегопреобразователяИСТОЧНИКИПИТАНИЯ2,февраль2011www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
рис.3),выходкоторогочерезсхемусогласова-ния(DRIVER)подключенкбазетранзисторно-гоключа.Приизменениивыходногонапряже-нияменяетсяскважностьимпульсовнабазетранзистораинапряжениестабилизируется.ДляизменениявыходногонапряжениямеждувыходомпреобразователяивходомSENSEможновключитьдополнительныйрезистор.ВдругихмодификацияхADP1111напряже-ниенавыходерегулируетсявнешнимделите-лем.Выходноенапряжениепреобразователяможнорассчитатьпоформуле:Vout=1.25(1+R2)/R1B.Дляповышающегопреобразователя(рис.5)выходноенапряжениерассчитываетсяпотойжеформуле,амаксимальноезначениевыход-ноготокаопределяетсясоотношением:Iмакс=(Vin-Vce-Vout)·7мкс/L1,гдеVinиVout--входноеивыходноенапряженияпреобразователя,Vce--напряжениенасыще-нияпереходаколлектор-эмиттерключевоготранзистора(неболее0.5В),L1--индуктив-ностькатушки,7мкс--времявключениятранзистора.Прииспользованиивстроенноготранзисто-равкачествеключавыходнойтокпреобразо-вателянепревышает400мА.Дляувеличениявыходноготокарекомендуетсяподключитьвнешнийсиловойтранзистор,какпоказанонарис.6.Падениенапряжениянапереходекол-лектор-эмиттертранзистораVT1равнопри-мерно1В.В[5]приведеныпараметрыэлемен-товсхемпонижающихиповышающихпре-образователейдляразличныхзначенийтоковивходных/выходныхнапряжений.ИМСADP1111можноиспользоватьидляфор-мированиянапряжения,полярностькоторогооб-ратнаполярностивходногонапряжения.Нарис.7приведенысхемыформированияотрица-тельногонапряжениянавыходеизположитель-ноговходного(рис.7,а)иположительного--изот-рицательноговходного(рис.7,б).Величинавы-ходногонапряженияпреобразователясотрица-тельнымвыходнымнапряжениемрассчитывает-сяпотойжеформуле,чтоидляпредыдущихсхем,адляпреобразователярис.7,б--поформулеVout=1.25(R2/R1)В.ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ2,февраль2011Рис.5.ТиповаясхемавключенияADP1111вкачествепонижающегопреобразователяРис.6.СхемавключенияADP1111свнешнимсиловымтранзисторомврежимепонижающегопреобразователяРис.7.СхемывключенияADP1111дляпреобразованияполярностивыходногонапряженияизположительнойвотрицательную(а)иобратногопреобразования(б)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
ПриведенныесхемыиллюстрируюттольконекоторыевозможностиИМСADP1111.В[5]приведеныпримерыиспользованияИМСдляпостроенияисточникатока,детектораразрядабатарей,преобразователейполярностинапря-жения,управляемыхнапряжением,ипр.,атакжерасчетныесоотношения.Какизвестно,КПДасинхронныхDC/DC-преобразователейменьше,чемсинхронных[6].ПрииспользованииИМСADP1111,относя-щейсякклассуасинхронныхпреобразовате-лей,можнообеспечитьмалыегабаритыустройства,ноКПДбудетдалекотмаксималь-новозможногодляDC/DC-преобразователей.Чтобыобеспечитьбольшуювеличинувы-ходноготокаиувеличитьКПДпреобразовате-ляиспользуютсинхронныепреобразователи,построенныенабазеконтроллераDC/DC-пре-образователяивнешнихсиловыхтранзисто-ров.Примеромтакихконтроллеровмогутслу-житьИМСADP1870/ADP1871[6,7].В[6]приводятсяданныеотом,чтонаилуч-шийрезультатпокритериюцена-качествоможнополучить,используяпреобразователи,построенныепотопологииZETA(InverseCEPIK).Именнопотакойтопологиииреализо-ваныИМСADP1870/ADP1871иADP1872.Нарис.8(насхемесохраненыобозначенияори-гинала[6])приведенатопологиясинхронногопреобразователястопологиейZETA(нарис.1,вприведенатопологияасинхронногопреобразо-вателя).В[6]подробнорассмотренпринципра-ботытакогопреобразователя.КлючиQh1иQl1работаютвпротивофазе.ПризамыканииключаQh1токпротекаетподвумпутям(рис.9,а).ОтвходногоконденсатораCinчерезQh1,конденса-торCblk2,катушкуL1Bисопротивлениена-грузкинаобщийпровод.Второйпуть--отвход-ногоконденсаторачерезкатушкуL1Aнаобщийпровод.Наэтомтактеэнергиязапасаетсявкон-денсатореCblk2.НавторомтактеключQh1раз-мыкается,аQl1замыкаетсяиобразуютсядваконтурапротеканиятока(рис.9,б).Конденса-торCblk2разряжаетсячерезкатушкуL1AизамкнутыйключQl1.Энергия,отдаваемаякон-денсаторомCblk2,черезиндуктивнуюсвязьмеждукатушкамипередаетсяизL1AвL1Bиотдаетсявнагрузку.Отношениевыходногонапряженияквход-номуопределяетсясоотношением:Vout/Vin=D/(1-D),гдеD--коэффициентзаполнения,численноравныйотношениювременизамыканияклю-чаQh1кпериодуследованияимпульсовуправ-ленияключомQh1.ЕслиD>0.5,преобразова-тель--повышающий(boost),аеслиD<0.5--по-нижающий(buck).КонденсаторCblk2выполняетещеоднуфункцию.Онблокируетпрохождениепосто-янноготокаотвходногоисточникакнагрузке,защищаяегооткороткогозамыканиявней.Анализработысхемыпоказывает,чтотокче-резвыходнойконденсаторпротекаетпостоянно,аэтоприводитктому,чтопульсациинапряжениянанагрузкебудутменьше,чемвпреобразователе,вкоторомтокпротекаетчерезвыходнойконден-сатортолькочастьпериода.Этопозволяетснизитьемкостьвыходногоконденсаторапреобразователяитемсамымуменьшитьегогабариты.ФункциональнаясхемаИМСADP1870/71[7]приведенанарис.10.Первоначальноконт-роллерпредназначалсядляпостроенияпони-жающихсинхронныхDC/DC-преобразователей.Однаков[6]предложенвариантиспользованияРис.8.СинхронныйDC/DC-преобразовательпостроенныйпотопологииZETAРис.9.Контурыпротеканиятока,образуемыепризамыканииключаQh1(а)иQl1(б)ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ2,февраль2011www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
ADP1870дляпостроенияуниверсальногопони-жающего/повышающегопреобразователяпото-пологииZETA,какпоказанонарис.11.В[6]приведенотакжедетальноеописаниеработыта-когопреобразователяивременныедиаграммысигналоввразличныхточкахсхемы.ПериодследованияимпульсовуправлениясиловымитранзисторамиQh1иQl1опреде-ляетсяпоформуле:1/fsw=a(+1),гдеa=3.33·10-6сдлямодификацииADP187xARMZ-0.3-R7(дляADP187xARMZ-0.6-R7a=1.66·10-6с,дляADP187xARMZ-1.0-R7a=1·10-6с).Выходноенапряжениепреобразователяопределяетсяпоформуле:В[6]даныподробныерекомендациипорас-четупульсацийнавыходепреобразователявзависимостиотпараметровиспользуемыхэле-ментовитоканагрузки,атакжеповыборуси-ловыхтранзисторовидругихэлементовсхемы.Нарис.12приведеныграфикизависимостиКПДпреобразователейнабазеADP1870оттоканагрузкиприразличныхзначенияхвход-ногоивыходногонапряжений.ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ2,февраль2011Рис.10.ФункциональнаясхемаконтроллераADP1870Рис.11.Принципиальнаясхемаповышающего/понижающегосинхронногопреобразователя,реализованногопотопологииZETAнабазеконтроллераADP187хwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
Анализграфиков,приведенныхнарис.12,позволяетсделатьвыводотом,чтомаксималь-ногозначенияКПДпреобразователядостигаетприравенствевходногоивыходногонапряже-ний,чтохорошосогласуетсясрезультатами,представленнымив[1].Дляиллюстрациив[1]приведенытипичныезависимостиКПДсин-хронныхповышающегоипонижающегопре-образователейотвходногонапряжениядлявыходногонапряжения3.3В(рис.13).Анали-зируяэтизависимости,такжелегкоувидеть,чтонаибольшиезначенияКПДдостигаются,когдавходноеивыходноенапряженияблизкиповеличинеилиодинаковы.Приэтихусло-вияхминимальнытакжеамплитудыимпуль-совтокавиндуктивностииключах[1,6].Этопозволяетвэтомслучаеуменьшитьиндуктив-ностькатушкипреобразователяимаксималь-ныйток,протекающийчерезнее.В[8]приведенократкоеописаниепрограммADIsimPowerдлярасчетаимоделированияис-точниковпитания,построенныхнаИМС,вы-пускаемыхкомпаниейAnalogDevices.Рас-смотреныпримерыпроектированияпонижаю-щегоDC/DC-преобразователя,приегооптими-зациипоразличнымпараметрам--КПД,габа-ритам,стоимостииличислуиспользованныхкомпонентов.Всепрограммыбесплатныидо-ступнынасайтекомпанииAnalogDevices[9].ИспользованиепрограммADIsimPowerTMпозволяетзначительносократитьвремя,не-обходимоедляразработкиисточниковпита-ния,ипровестисравнительныйанализвари-антовпостроениясхемыприееоптимизациипоразличнымкритериям.ЛИТЕРАТУРА1.НойхойзлерЮрген(NeuhдuslerJurgen)Оптимизацияповышающих/понижающихпреобразователейвпортативномоборудовании(http://www.russianelectronics.ru/leader-r/re-view/micro/doc/44107).2.http://en.wikipedia.org/wiki/DC_to_DC_converter.3.http://en.wikipedia.org/wiki/Buck-boost_converter.4.http://www.analog.com/en/power-mana-gement/switching-regulators-integrated-fet-switches/products/index.html.5.http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADP1111.pdf.6.http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/AN-1075.pdf.7.http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADP1870_1871.pdf.8.МакаренкоВ.ПроектированиеDC/DC-пре-образователейспомощьюпрограммADIsim-PowerTM//ЭКиС--Киев:VDMAIS,2010,No8.9.http://designtools.analog.com/dtPower-Web/dtPowerMain.aspx?tmax=55&vinmin=&vinmax=&vout=&iout=.Рис.13.ЗависимостиКПДсинхронногопонижающего/повышающегоDC/DC-преобразователяотвходногонапряженияпрификсированномвыходномРис.12.ГрафикизависимостиКПДDC/DC-преобразователянабазеконтроллераADP187хоттоканагрузкиприVin=12В,Vout=5В(а);Vin=5В,Vout=5В(б);Vin=3.3В,Vout=5В(в)ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ2,февраль2011www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
Понижающиепреобразователинаходятширокоеприменениевэлектроннойаппара-туре.Онислужатдляпреобразованиявысо-когонапряжениявболеенизкоестабилизиро-ванноенапряжение.Содержащиеключевойтранзистор,катушкуиндуктивности,диодинесколькоконденсаторов,преобразователипередаютэнергиюнебольшимипорциямиотисточникапитаниявнагрузку.И,несмотрянаувеличенныепосравнениюслинейнымистабилизаторамигабаритыисравнительнобольшойуровеньпульсаций,этипреобразо-вателиимеютсущественноепреимущество--высокийКПД.Хотяпреобразователиприменяютсяповсе-местно,ихрасчетможетпредставлятьопреде-ленныетрудности,таккакбольшинствоотно-сящихсякнимзависимостейиэмпирическихправилотыскатьдостаточносложно.Вданнойстатьенаиболееполнопредставленаинформа-ция,необходимаядляразработкипонижаю-щегопреобразователя.Статьяпосвященарасчетупреобразовате-лейлишьодноговида:спостояннойчастотойкоммутации,ШИМ-управлениеминепрерыв-нымтокомчерезкатушкуиндуктивности.Из-ложенныепринципымогутбытьиспользова-ныиприпроектированиипреобразователейдругоговида,однакоуравнениядолжныбытьпереработаны.Представлентакжепримеррас-чета,содержащийдетальныйанализпредпо-сылокдляопределенияпараметровкомпонен-тов.Исходнымипараметрамипреобразовате-ля(рис.1)являются:•диапазонвходныхнапряженийVIN=7...24В•выходноенапряжение(стабилизированное)VOUT=2В•максимальныйвыходнойтокIOUTMAX=7А•частотакоммутацииfSW=300кГц.РАСЧЕТКАТУШКИИНДУКТИВНОСТИСчитая,чтотокчерезкатушкуникогданеспадаетдонуля,ахарактеристикикомпонен-тов(ключевоготранзистораидиода)идеаль-ны,можнозаписатьследующееуравнение:(1)гдеfSW--частотакоммутации,аLIR--коэффи-циентпульсаций,вычисляемыйкакотноше-ниеразмахапульсацийтокавкатушкеквы-ходномутокупреобразователя(например,припульсациях300мАивыходномтоке1ALIR=0.3).Сучетомпараметровпреобразователя,при-веденныхнарис.1,получиминдуктивность,равную2.91мкГн(LIR=0.3).Выбереминдук-тивностьизпредлагаемогопроизводителемряда,близкуюкрасчетной:2.8мкГн.Коэффициентпульсаций,равный0.3,яв-ляетсяхорошимкомпромиссоммеждуКПДBUCK-CONVERTERDESIGNInarticletheequationsforbuck-converterdesignaregiven.Bстатьеприведеныурав-нениядлярасчетапони-жающегопреобразователянапряжения.МЕТОДИКАРАСЧЕТАПОНИЖАЮЩЕГОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯНАПРЯЖЕНИЯ*Аbstract--*Поматериаламстатьи:SchelleD.иCastorenaJ.Buck-ConverterDesignDemystified(powerelectronics.com/power_systems/dc_dc_converters/power_buckconverter_design_demysti-fied/?cid=top-articles).ПодготовилкпечатиА.Мельниченко.Рис.1.Схемапонижающегопреобразователяwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua11,ноябрь2011ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ
преобразователяидлительностьювыбросана-пряжениянавыходе,возникающегововремяпереходногопроцессаприрезкомизменениивыходноготока.Нарис.2показаныосцилло-граммывыходногонапряженияпреобразова-теляитокавкатушкеиндуктивностиприкоэффициентахпульсацийот0.2до0.5.Приувеличениикоэффициентапульсацийдли-тельностьпереходногопроцессауменьшаетсяинаоборот.Привыборекатушкииндуктивностиоснов-нымпараметром,откоторогозависятеегаба-риты,являетсямаксимальнодопустимыйток,прикоторомещененаступаетнасыщениесер-дечника.Этоттокдолженпревышатьпиковыйтокчерезкатушкупримаксимальнойнагруз-кепреобразователя.НасыщениесердечникакатушкиуменьшаетКПДпреобразователяиз-заувеличенияпотерьвней,чтоприводиткпо-вышениюеетемпературы.Пиковыйтокка-тушкииндуктивностиIPEAKможновычислитьследующимобразом:ВрезультатеполучимрасчетныйпиковыйтокIPEAK=8.09A.Длятогочтобынеувеличиватьразницумеждурасчетнымиидействительнымипара-метрамипреобразователя,следуетвыбиратькатушкуиндуктивностисдостаточнобольшимтокомнасыщения(вданномслучае--10А).Принеобходимостиограничитьразмерыка-тушкитокнасыщенияможновыбиратьпри-мернона20%большепиковоготока.Активноесопротивлениекатушкистакимипараметрамисоставляетпримерно5-8мОм.ВЫБОРВЫХОДНОГОКОНДЕНСАТОРАПараметрывыходногоконденсатора--ем-костьиэквивалентноепоследовательноесо-противление(ESR)--должнывыбиратьсястакимрасчетом,чтобыуровеньпульсацийна-пряжениянавыходепреобразователяиам-плитудавыбросовприскачкообразномизме-нениитоканагрузкиневыходилизазадан-ныепределы.Амплитудувыбросанапряженияможновычислить,используяследующуюформулу:(2)Следовательно,емкостьвыходногоконден-сатораСОUTбудетравна:(3)гдеΔV--максимальнодопустимаяамплитудавыбросоввыходногонапряжения.ПринявΔVравным100мВииспользуяуравнение(3),определим,чтоемкостьконден-саторадолжнабытьравна442мкФ.Увеличивеена20%(допуск),получимвеличинуемко-стиоколо530мкФ.Ближайшеестандартноезначение--560мкФ.Размахпульсацийвыходногонапряжениявычисляетсяпоформуле:(4)Рис.2.Осциллограммыпеременнойсоставляющейвыходногонапряжения(вверху),токанагрузки(всередине)итокавкатушкеиндуктивности(внизу)приразличныхзначенияхкоэффициентапульсацийLIR(масштаб:напряжение--100мВ/деление,ток--5А/деление)LIR=0.2LIR=0.3LIR=0.4LIR=0.5www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua11,ноябрь2011ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ
Здесьпервоеслагаемоеобусловленоемкостьювыходногоконденсатора,второе--егоэквива-лентнымпоследовательнымсопротивлением.РешаяэтоуравнениеотносительноESR,по-лучим:(5)Вхорошоспроектированномпонижающемпреобразователеразмахпульсацийвыходногонапряженияобычнонепревышает2%(вдан-номпримере--40мВ).Согласноуравнению(5)дляуменьшенияпульсацийнижеэтойвеличи-ныESRконденсатораемкостью560мкФнедолжнопревышать18.8мОм.Еслинеобходи-моещебольшеснизитьуровеньпульсаций,следуетувеличитьемкостьвыходногоконден-сатора(соединивнесколькоконденсаторовпа-раллельно)либоуменьшитьегоESR.Следуетучесть,чтослишкоммалоеESRвы-ходногоконденсатораможетпривестикнеста-бильнойработепреобразователя.Факторы,влияющиенастабильностьпреобразователя,зависятотиспользуемоймикросхемы,поэтомупривыборевыходногоконденсаторанеобходи-моознакомитьсясоспецификациейнанее,об-ративособоевниманиенараздел,касающийсястабильностиработыпреобразователя.Нарис.3показаназависимостьнапряже-нияпульсацийнавыходепреобразователяотемкостииESRвыходногоконденсатора.ВЫБОРВХОДНОГОКОНДЕНСАТОРАГабаритыиемкостьвходногоконденсатораопределяютсявеличинойпульсацийтокаче-резнего,которуюможновычислить,исполь-зуяследующееуравнение:Нарис.4приведеназависимостьвеличиныпульсацийтокачерезвходнойконденсатор(относительновыходноготокапреобразовате-ля)ототношениявыходногонапряженияквходному.Видно,чтомаксимальныйразмахпульсаций,равныйполовиневыходноготока,достигаетсяприVOUT/VIN=0.5.Емкостьконденсаторанавходепреобразо-вателязависитотимпедансаисточникапита-ния.Еслипреобразовательиспользуетсявобычномлабораторномблокепитания,доста-точноустановитьвходнойконденсаторем-костью10...22мкФврасчетена1Авыходноготока.Дляпреобразователя,параметрыкоторо-гоуказанынарис.1,расчетнаявеличинапульсацийвходноготокасоставит3.16A.По-этомувнашемслучаеемкостьвходногокон-денсатораможновыбратьравной40мкФ,принеобходимостискорректировавеепорезульта-тамиспытаний.Танталовыеконденсаторынежелательноиспользоватьвкачествевходныхконденсато-11,ноябрь2011ИСТОЧНИКИПИТАНИЯРис.3.ЗависимостьнапряженияпульсацийнавыходепреобразователяотемкостииESRвыходногоконденсатораРис.4.Зависимостьотношениявеличиныпульсацийтокавходногоконденсатораквыходномутокупреобразователяототношениявыходногоивходногонапряженийwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
ров.Из-заповышеннойвеличиныпротекаю-щегочерезнихпеременноготокаоничастовы-ходятизстроя,образуямеждувыводаминечтовродеперемычкисмалымсопротивлением.Предпочтительнеевэтомслучаеиспользоватькерамическиеилиэлектролитическиеалюми-ниевыеконденсаторы.Длякомпьютерныхплат,атакжевтехслу-чаях,когдавысотакомпонентовограничена,наилучшимвыборомявляютсякерамическиеконденсаторы.Однаковкерамикеможетна-блюдатьсяпьезоэлектрическийэффект,из-зачегоконденсаторыстановятсяисточникомаку-стическогошума.Отэтогонедостаткасвободныполимерныеконденсаторы.Ихотяихвыходизстроятакжесопровождаетсякороткимзамыка-нием,онигораздоустойчивее,чемтанталовые,ипоэтомумогутиспользоватьсявкачествевходныхконденсаторовпреобразователя.ВЫБОРДИОДАОсновнымфактором,определяющимвыбордиода,являетсярассеиваемаявнеммощность.Длянаихудшегослучаяонаможетбытьвы-численакак:(6)гдеVD--падениенапряжениянадиодепримаксимальномвыходномтокеIOUT(обычноравное0.7Вдлякремниевогодиодаи0.3В--длядиодаШоттки).Длянадежнойработывовсемдиапазонеизменениявходногонапряже-ниянеобходимотакжеубедитьсявтом,чтодопустимоеобратноенапряжениедиода(по-стоянное)превышаетмаксимальноевходноенапряжение.Допустимыйпрямойтокдиодадолженбытьнеменьшемаксимальноговы-ходноготокапреобразователя.ВЫБОРMOSFET-ТРАНЗИСТОРАЕслииспользоватьмикросхемупреобразо-вателясвнутреннимтранзистором,тоопера-циявыбораMOSFET-транзистораотпадает.Однакобольшинствоизготовителейсчитаетнерентабельнымразмещениемощныхтранзи-сторовводномкорпусесконтроллером.Поэто-мувыходнойтокпреобразователейсовстроен-нымтранзисторомвбольшинствеслучаевнепревышает3-6A.Дляпреобразователейсвы-ходнымитокамибольшейвеличиныедин-ственнаяальтернатива--применениевнешне-готранзистора.Привыборетранзисторанеобходимознатьмаксимальныетемпературыp-n-переходаTJMAXиокружающейсредыTAMAX.ТемператураTAMAXобычнопринимаетсяравной60°C,приэтомTJMAXнедолжнапревышать115-120°C.Тем-ператураTAMAX=60°Cсчитаетсявполнеобыч-ной,посколькупреобразователи,какправило,размещаютвкорпусах,вкоторыхрассеяниетеплазатруднительно.ДляMOSFET-транзи-сторамаксимальнодопустимоепревышениетемпературыможновычислитьследующимобразом:(7)Подставивзначенияуказанныхвышетем-пературвуравнение(7),получиммаксималь-ноепревышениетемпературытранзистора,равное55°C.МаксимальнаямощностьPDTOT,рассеиваемаяMOSFET-транзистором,можетбытьвычислена,исходяиздопустимогодлятранзисторапревышениятемпературыитеп-ловогосопротивления"p-n-переход--окру-жающаясреда"ΘJA:(8)ТепловоесопротивлениеΘJAзависитоттипакорпусатранзистораиразмеровконтактирую-щейсниммеднойплощадкипечатнойплаты.Есливдокументахзначениеэтогопараметранеприводится,тодлятранзисторавкорпусеSO-8(проволочныймонтаж,безтеплоотвода),установленногонаплощадкепечатнойплатыплощадью1кв.дюйм(толщинамеднойфольги35мкм),егоможнопринятьравным62°C/Вт.Приэтомрассеиваемаятранзистороммощ-ность,согласноуравнению(8)составитоколо0.9Вт.Увеличиватьплощадьмеднойплощад-киболее1кв.дюйманеимеетбольшогосмыс-ла,таккакприэтомтепловоесопротивлениеуменьшаетсянезначительно.РассеиваемаяMOSFET-транзистороммощ-ностьопределяетсяпадениемнапряжениянаегосопротивлении,атакжепотеряминапере-ключение.Потеринасопротивлениитранзи-сторамогутбытьвычисленыкак:(9)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua11,ноябрь2011ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ
Посколькувспецификациимаксимальноесопротивлениеоткрытоготранзистораданопритемпературе25°C,следуетпересчитатьегодлятемпературыTJHOT.Дляэтоговоспользу-емсяэмпирическойзависимостью0.5%на°C.Такимобразом,сопротивлениеоткрытоготранзисторапритемпературеTJHOTвычис-ляетсякак:(10)Принимаявовниманието,чтопотеринасо-противлениитранзисторасоставляютпример-но60%общихпотерьвнем,определимизурав-нения(10)максимальнодопустимоезначениеэтогосопротивленияпритемпературе25°C:(11)Привыходномтокеконтроллера,равном1А,максимальноесопротивлениеоткрытоготранзистора,вычисленноесогласноуравне-нию(11),составляетоколо26.2мОм,асум-марнаямощность,рассеиваемаятранзисто-ром,--около0.676Вт.Приэтоммаксимальнаятемпературатранзистораможетдостичь102°C,чтовполнедопустимо.Хотяпотеринапереключениесоставляютнезначительнуючастьрассеиваемойтранзис-тороммощности,ихвсежеследуетприниматьврасчет.Дляприближеннойоценкивеличи-ныэтихпотерьможновоспользоватьсяурав-нением:(12)гдеCRSS--емкость"сток-затвор"транзистора,IGATE--пиковыйтокзатвора,равныйвыходно-мутокуконтроллера.Послетогокакпреобразовательспроекти-рованиизготовлен,желательноизмеритьтем-пературутранзистораспомощьюустановлен-нойнанемтермопары.КПДПОНИЖАЮЩЕГОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМинимизациярассеиваемойпреобразовате-леммощностипозволитувеличитьсрокслуж-быаккумулятораиуменьшитьнагреваппара-туры.Мощность,рассеиваемаяотдельнымикомпонентамипреобразователя,вычисляетсясогласноследующимуравнениям:•насопротивленииESRвходногоконденса-тора:PCIRMS=ICIRMS2ESRCI•вдиодеитранзисторе--согласноуравне-ниям(6),(9)и(12)•вкатушкеиндуктивности:PLRMS=(I+ΔI+√2) RLDC•ввыходномконденсаторе:PCORMS=(ΔIINDUKTOR √3)2ESRCO.И,наконец,мощностьPCU,рассеиваемуювпроводникахпечатнойплаты,можноприбли-женновычислить,знаясопротивленияпро-водниковитокичерезних:PCU=I2R.Нарис.5показано,какаячастьобщеймощ-ностирассеиваетсякаждымизкомпонентов.ВычислитьКПДпреобразователяможнопоформуле:Сучетоммощности,рассеиваемойвпровод-никахплаты,которуюможнопринятьравной0.75Вт,КПДпреобразователясоставитоколо70%.ЗаменакремниевогодиодадиодомШотткипозволитповыситьКПДдо79.6%,азаменадио-даMOSFET-транзистором--до85%(примакси-мальномтокенагрузки).Увеличениетолщиныпечатныхпроводниковв2-3разапозволитповы-ситьКПДпреобразователяпримернодо86-87%.Уменьшениядоминимумапотерьнапере-ключениеиповышенияустойчивостиработы11,ноябрь2011ИСТОЧНИКИПИТАНИЯРис.5.Мощность,рассеиваемаякомпонентамипреобразователяwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
преобразователяможнодостичьудачнымраз-мещениемкомпонентовиграмотнойтрасси-ровкойпечатнойплаты.Вотнесколькосоветов:•следуетуменьшатьдлинупроводниковсбольшимитоками,особенноэтокасаетсяобщегопроводника•длинапроводников,подключенныхкка-тушкеиндуктивности,транзисторуидио-ду,должнабытькакможнокороче•проводникицепейпитаниядолжныбытькороткимииширокими•проводникицепейизмерениятокаинапря-жениянеобходиморасполагатькакможнодальшеотэлементовкоммутацииисоеди-ненныхснимипроводников.ЗАКЛЮЧЕНИЕПроектируяилисовершенствуясхемупони-жающегопреобразователянапряжениясШИМ-управлением,работающеговрежименепрерыв-ноготока,разработчикможетиспользоватьпри-веденныевданнойстатьеуравнения,чтобырас-читатьпараметрыкомпонентов.Послетогокакпреобразовательизготовлен,необходимопрове-ритьегонасоответствиезаданнымтребованиямприизменениинапряженияпитания,токана-грузкиитемпературыокружающейсреды.Дляобеспечениянадежнойработыпреобразователяграмотнаятрассировкапечатнойплатыиудач-ноеразмещениекомпонентовнеменееважны,чемихправильныйвыбор.11,ноябрь2011ИСТОЧНИКИПИТАНИЯwww.ekis.kiev.uaЭЛЕКТРОННЫЕКОМПОНЕНТЫиСИСТЕМЫ
ПринеобходимостиполучитьинформациюонедокументированныхвописанииDC/DC-преобразователяпараметрахилиоегохарак-теристикахприразличныхрежимахработыможновоспользоватьсяspice-модельюипрове-стиполныйанализ.ОднакочислоэлементоввбиблиотекахMultisimхотяиоченьвелико,новсежеограничено.Вслучае,еслинеобходимо-гоэлементанетниводнойизбиблиотек,апол-ноеописаниеегоspice-моделиимеетсятолькоупроизводителямикросхем,можновосполь-зоватьсяпредложеннымв[1]методом,рас-крытымвнастоящейстатье.ПоописаниюИМСсоставляетсяпринципи-альнаясхемапреобразователяизэлементов,имеющихсявсоставебиблиотекMultisim.Впримере,рассмотренномв[1]дляанализаработыпонижающегоDC/DC-преобразователяMAX738A[2]использованасхема,приведен-наяв[3].Предложеннаяв[1]модель(рис.1)посвоейструктуресоответствуетрешениям,использо-ваннымв[2].Этотиповаясхемапрямоходово-го(buck)преобразователя[4],топологиякото-рогоприведенанарис.2.Всхемедляуправлениясиловымключомис-пользованширотно-импульсныймодуляторcтоковымуправлением(PWMCM2--Pulse-WidthModulatorCurrentMode),назначениевы-водовкоторогоприведеновтаблице.Назначе-MODELLINGOFDC/DCCONVERTERSINNIMultisimDC/DCconverterunitsintheab-InarticletheproblemofmodelingofsenceofsuchcomponentsinlibrariesNIMultisimisconsidered.Thedevelopedmo-delhascharacteristicsclosetoanalogandallowstocarryouttheanalysisofcharac-teristicsoftheconverterunitinvariousmodes.Thereceivedresultallowstodrawanoutputonexpediencyofsuchapproach.V.MakarenkoBстатьерассмотренапробле-мамоделированияDC/DC-преобразователей,отсутствую-щихвбиблиотекахNIMultisim.Разработаннаямодельимеетхарактеристики,близкиекана-логу,ипозволяетпровестиана-лизхарактеристикпреобразова-телявразличныхрежимах.Оце-ниврезультат,можносделатьвыводоцелесообразноститако-гоподхода.В.МакаренкоМОДЕЛИРОВАНИЕDC/DC-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙВNIMultisimАbstract--Рис.1.ПринципиальнаясхемапрямоходовогопонижающегоDC/DC-преобразователяwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua11,ноябрь2011МОДЕЛИРОВАНИЕРАДИОЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВ
ниевыводованалоговогоключаSBREAKипра-вилавыборазначениявыходногонапряженияисточникаABMприведенывтойжетаблице.ДляконтроляформысигналавразличныхточкахсхемыиспользуетсячетырехканальныйосциллографXSC1,осциллограммынапряже-нийнаэкранекоторогопоказанынарис.3.Вустановившемсярежименапряжениенавыходепреобразователяравно5В.Длятогочтобынаоснованииэтоймоделипреобразователяпостроитьбиблиотечнуюмо-дельИМСMAX738A,необходимо:•удалитьизсхемыосциллограф•удалитьзначокобщегопровода,дваждыщелкнуть"мышкой"напроводнике,ккото-ромубылподключенэтотзначок,ивот-крывшемсяокневписатьегоназвание--GNDУсловноеобозначениеНазначениевыводовШиротно-импульсныймодуляторстоковымуправлениемOUT--выходуправлениямощнымключевымМОП-транзистором(MOSFET)GND--общийCOMP--выходусилителяошибкиFB--входсигналаобратнойсвязиISENSE--датчиктокасиловогоключа(Switchcurrentsensing)VOSC(Oscillatorrampsignaloutput)--выходгенераторапилообразногосигналаАналоговыйключ,управляемыйнапряжениемДваверхнихвывода--входивыходаналоговогоключа.Дванижнихвывода--входыуправления.Приподключениисигналауправленияследуетсоблюдатьполярность,указаннуюнавыводах.ABM_VOLTAGEABM(AnalogBehavioralModel)--аналоговаяповеденческаямодельисточниканапряжения,величинакоторогоможетбытьзаданаилиописанаматематическимвыражением.Врассматриваемоймодели--этовеличинаVin(рис.4).НазначениевыводовиэлементовсхемыРис.2.ТопологияпонижающегопрямоходовогопреобразователянапряженияРис.3.ОсциллограммывразличныхточкахсхемыпонижающегопрямоходовогопреобразователянапряженияРис.4.ЗаданиевеличинынапряжениянавыходеABM_VOLTAGEwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua11,ноябрь2011МОДЕЛИРОВАНИЕРАДИОЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВ
(рис.5),незабывпоставить"птичку"вокошкеShowNetName•удалитьисточниквходногонапряженияVIN1•удалитьвыходныеконденсаторирезистор(COUT1иRLOAD1)•дорисоватькороткиеотрезкипроводакре-зисторамRESR1иR2,азатемназватьихссиvinсоответственно.Полученнуюсхему(рис.6)необходимосохра-нитьвфайл,азатемпроделатьоперациюэкспор-тавфайлсвязей.ДляэтоговменюTransferвы-братьпунктExportNetlistисохранитьфайлподименемMAX738.Программойбудетсохранентекстовыйфайлсрасширениемcir.Принеобходимостиможнодобавитьилиудалитьимеющиесявфайлекомментарии.Послепервогокомментариядобавитьстроку.SUBCKTMAX738gndvinvoutcc,апослестрок:*##MultisimComponentD1##*dD1GNDrectMBRS140T3__DIODE__1вписатьследующуюстроку:.ENDSMAX738ЗаписьdD1информируетотом,чтобылописанпоследнийкомпонентсхемы.ЗатемследуетвофрагментетекстафайлаMAX738.cir*##MultisimComponentJ1##**SHOW_TEMPLATE_DATA_ONLYxJ1resrectdrvGNDVSwitchJ1.subcktVSwitchJ11234aS11234vsw0R1341e9.modelvsw0v_switch(Roff=1000000Ron=0.01Voff=1Von=10).endsскопироватьиудалитьвсестрокипосле*SHOW_TEMPLATE_DATA_ONLY,аскопи-рованныйфрагментпоместитьпослестроки.ENDSMAX738.Отредактированныйтакимобразомфайлсо-хранитьиприступитьксозданиюмоделимик-росхемы.ВменюToolsвыбратьпунктCom-ponentWizardивоткрывшемсяокне(рис.7):1.ВвестиComponentName:MAX738AFunction:5V,Step-Down,Current-ModePWMDC-DCConverter.11,ноябрь2011МОДЕЛИРОВАНИЕРАДИОЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВРис.5.ФормированиеимениобщегопроводавокнеNetSettingsРис.6.ПринципиальнаясхемаИМСпреобразователядляформированияфайласвязейРис.7.ОкноформированияэлементабиблиотекиMultisim--шаг1(общееописаниеэлемента)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
Еслинетнеобходимостивсозданииизобра-женияэлементадляразработкипечатнойпла-ты,следуетпоставить"птичку"встрокеSimu-lationOnlyипропуститьследующийшаг.2.НажатькнопкуNextивоткрывшемсяокневыбратьSelectaFootprint.Воткрывшем-сяпослеэтогоокне(рис.8)следуетвыбратькорпусSOIC-16инажатькнопкуSelect.Окновыборакорпусаэлементазакроетсяивновьоткроетсяокновторогошага(рис.9).Следуетзадатьчисловыводовкомпонентаравным16,нажатькнопкуNextиперейтиктретьемушагу.3.НатретьемшагевыбираетсястандартотображенияэлементавбиблиотекеDINилиANSI.ВыбираемстандартDIN.Обозначениеэлементанасхемеможноотредактировать,на-жавнатретьемшагекнопкуEdit.Воткрыв-шемсяокнеSymbolEditorможноизменитьразмерыусловногографическогорасположе-нияирасположениевыводов.Подробнееора-ботесподпрограммойSymbolEditorможноузнатьв[5].НажавкнопкуNext,переходимкчетвертомушагу.4.Начетвертомшагенеобходимозадатьтипкаждоговывода(рис.10),послечегопе-рейтикпятомушагу.5.Напятомшагезадаютсяномеравыводовмикросхемы(рис.11)всоответствиисDataSheet[2].6.Нашестомшагенеобходимоввестиимямоделииееописание,длячегопредусмотреночетыревариантадействий:•загрузитьмодельнаиболееблизкогопопа-раметрамкомпонентаизбазыданныхэле-ментов(основной,корпоративнойилипользовательской)иотредактироватьеевокнеModelData[5]•загрузитьмодельизпредварительноподго-товленногофайла(LoadfromFile)Рис.8.ОкноформированияэлементабиблиотекиMultisim--шаг2(выборкорпусаэлемента)Рис.9.ОкноформированияэлементабиблиотекиMultisim--шаг3(выборчиславыводоввкорпусе)Рис.11.ОкноформированияэлементабиблиотекиMultisim--шаг5(вводномероввыводов)Рис.10.ОкноформированияэлементабиблиотекиMultisim--шаг4(выбортипавывода)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua11,ноябрь2011МОДЕЛИРОВАНИЕРАДИОЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВ
•ввестиспомощьюклавиатуры(илиизбу-фераобмена)описаниемоделивокноModelData•использоватьдлясозданиямоделиредак-торModelMaker[5],принажатиинакноп-кукотороговыводитсяокноSelectModelMakerдляпредварительноговыборатипасоздаваемогоэлемента.Учитываято,чтонапредварительномэтапебылсозданфайлсописаниеммодели,выбира-емзагрузкуизфайлаизагружаемMAX738.cir(рис.12).7.Наседьмомшагеосуществляетсяредак-тированиеномеровнодмоделииприведениеихвсоответствиесномерамивыводовИМС.Всегодоступночетыреномеранодот1до4,ко-торыеназначаютсятак,какпоказанонарис.13.ОстальныевыводыобозначаютсякакNC.Прирасстановкеномеровнодследуетучесть,чтопервыйномерприсваиваетсяобще-мупроводу,второй--выводупитания,тре-тий--выходу,ачетвертый--цепи,обозначен-нойкаксс.Порядокномеровнодопределяетсяследующейстрокойизspice-модели.SUBCKTMAX738gndvinvoutcc,вкоторойпрописанаочередностьнод.8.Навосьмомшагепрограммапредлагаетсохранитьполученнуюмодель.ВыбираемUserDatabaseидобавляемновоесемейство(Addfamily),послечегонажимаемкнопкуFinish.Наэтомсозданиемоделизавершается.Дляпроверкифункционированиявновьсозданноймоделисобранасхема(рис.15),котораявустановившемсярежимеформи-руетнапряжениенавыходе5.038Впритоке0.5Ачерез6мспосленачалаанализа.КонтрольнапряженияосуществляетсямультиметромXMM1ипробникомProbe1.Результаты,показанныеэтимиизмерителя-ми,отличаютсянанесколькосотыхдолейвольта,следовательномодельфункциони-руетитеперьееможноподвергнутьразлич-нымиспытаниям.Проверим,кактакойпреобразовательреа-гируетнаизменениенагрузки,скачкииот-ключениевходногонапряжения.Дляэтогоподключимквыходупреобразователяпере-ключательJ2,спомощьюкоторогоможнопод-ключатьпараллельнорезисторунагрузки100Омрезисторсопротивлением10Ом.Дляисследованиявлияниявходногонапряжениянавходепреобразователябудемкоммутиро-ватьнапряжение,изменяяегоскачкомс6до16ВспомощьюпереключателяJ1.Схемадля11,ноябрь2011МОДЕЛИРОВАНИЕРАДИОЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВРис.12.ОкноформированияэлементабиблиотекиMultisim--шаг6(вводпараметровмакромодели)Рис.13.ОкноформированияэлементабиблиотекиMultisim--шаг7(редактированиеномеровнод)Рис.14.ОкноформированияэлементабиблиотекиMultisim--шаг8(сохранениесозданногоэлементавпользовательскойбазеданных)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
исследованияхарактеристикпреобразователяприведенанарис.16.Анализпереходныхпроцессовпоказал,чтопринапряженииисточникапитания6Вна-пряжениенавыходепреобразователяустанав-ливаетсяравным4.82Вчерез5мс,а4.9В--че-рез7мспритокенагрузки50мА.Контрольосуществлялсяосциллографомипробником.Осциллограмманачальногоучасткапере-ходнойхарактеристикиприведенанарис.17.Аналогичныйанализпроведемпринапря-женииисточникапитания16В.Вэтомслучаепереходнойпроцессимеетдругойхарактер.Через0.2мспослевключенияпитаниянавы-ходепреобразователяустанавливаетсянапря-жение,равное5.91В(рис.18),через3мсна-пряжениенавыходесоставило4.57В,ана-пряжение,равное5В,устанавливаетсянавы-ходепреобразователячерез6.7мс.Такойанализпозволяетсделатьвыводотом,что,есликпреобразователюдолжныпод-ключатьсяцепи,которыенедопускаютпревы-шениянапряженияисточникапитания,со-ставляющего0.9В,следуетлибоиспользоватьдругойпреобразователь,либопринятьмерыпозащитеэтихцепейотповышенногонапря-жения.Шумовыехарактеристикивыходногона-пряжениялучшевсегоисследоватьспомощьюРис.17.Начальныйучастокпереходнойхарактеристикипреобразователяпринапряженииисточникапитания6ВРис.15.СхемадляпроверкифункционированиясозданноймоделиDC/DC-преобразователяРис.16.СхемадляисследованияхарактеристикDC/DC-преобразователяwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua11,ноябрь2011МОДЕЛИРОВАНИЕРАДИОЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВ
NoiseAnalysis(менюSimulate/Analyses).По-лученнаяспектральнаяплотностьмощностишуманавыходепреобразователяприведенанарис.19.Можнопровестиидругиеиспытаниятакогопреобразователя.Полученныерезультатыоченьблизкикданным,приведеннымвDataSheetнаИМСMAX738A[2],чтопозволяетсделатьвыводоправомерноститакогоподходадляанализаха-рактеристикDC/DC-преобразователей.ЛИТЕРАТУРА1.http://zone.ni.com/devzone/cda/epd/p/id/6363.2.http://www.gaw.ru/pdf/Maxim/dc-dc/MAX730A-MAX744A.pdf.3.ChristopheP.BassoSwitch-ModePowerSupplySPICECookbook.--McGraw-Hill,2001.4.БраунМ.Источникипитания.Расчетиконструирование.:Пер.сангл.--К.:"МК-Пресс",2007.--288с.5.МакаренкоВ.Моделированиерадиоэлек-тронныхустройствспомощьюпрограммыNIMultisim//ЭКиС--Киев:VDMAIS,2008,No8.(http://www.ekis.kiev.ua/UserFiles/Image/pd-fArticles/V.%20Makarenko_modeling%20with%20Multisim_part7_Ekis-08_2008.pdf).11,ноябрь2011МОДЕЛИРОВАНИЕРАДИОЭЛЕКТРОННЫХУСТРОЙСТВРис.18.Начальныйучастокпереходнойхарактеристикипреобразователяпринапряженииисточникапитания16ВРис.19.Спектральнаяплотностьмощностишуманавыходепреобразователя
RaychemCircuitProtection©--подразделе-ниекомпанииTEConnectivity,одногоизкруп-нейшихмировыхпроизводителейпассивныхэлектронныхкомпонентов,выпускаетсамыеразличныеэлементызащитыцепейпотокуинапряжению:самовосстанавливающиесяпре-дохранителиPolySwitch©,плавкиеSMT-предо-хранители,газоразрядники,варисторы,тири-сторыSiBar,комбинированныеэлементыза-щиты2ProиPolyZen,элементыэлектростати-ческойзащитыPESDиSESD.Дажееслисвязноеоборудованиеоснащеносредствамизащитыотперенапряжений,по-вреждениеэлектронныхкомпонентовможетвсежепроизойтиотперегрузкипотокуиихперегрева.Поэтомуфирмы-изготовителителе-коммуникационногооборудованиядляреше-нияэтихпроблемчастоиспользуютсамовос-станавливающиесяплавкиепредохранителинаполимернойоснове[1,2].Элементытоковойзащитыизготавливают-сяизособыхматериаловсположительнымтемпературнымкоэффициентомсопротивле-ния(ПТК),которыепредставляютсобойкри-сталлическуюрешеткуизорганическогополи-мера,содержащуюрассеянныечастицыугле-рода.Внормальном(проводящем)состоянииэтичастицывнутрипредохранителяобразуюттокопроводящиецепочкивокружающемихполимерномматериале.Еслижепротекаю-щийтокпревышаетдопустимыйдляданноймоделипредохранителя,тотепло,генерируе-моеизбыточнымтоком,приводитквнутренне-муразогревуэлемента.Структураполимерно-гоматериалаизменяетсяизкристаллическойваморфную,происходитразрыввнутреннихтокопроводящихцепочекисопротивлениепредохранителяскачкообразноувеличиваетсядозначительнойвеличины.Приэтом,есликпредохранителюпо-прежнемуприложенона-пряжение,этогооказываетсядостаточно,что-быподдерживатьвнутреннюютемпературупредохранителядостаточновысокойдляпред-отвращенияобразованиятокопроводящихце-пей.Когдаприложенноекцепинапряжениеснимается,предохранительостываетипро-исходитвосстановлениетокопроводящихце-пей.Сопротивлениеэлементаприэтомумень-шаетсядоисходнойвеличины.ПредохранителиPolySwitchфактическияв-ляютсятермисторамисположительнымтемпе-ратурнымкоэффициентом.Нарис.1приведенасхемавключениясамовосстанавливающегосяпредохранителяPolySwitchизависимостьегосопротивленияоттемпературы.Температура,прикоторойсопротивлениепредохранителяскачкообразновозрастает,иустановившаясяве-личинасопротивлениязависятоттипаприбора.Нарис.2приведеныпримерызависимоститокасрабатыванияпредохранителейPoly-PROTECTIONDEVICESOFELECTRONICCERCUITSFROMFAULTSРrotectiondevicesareinten-dedforprotectionofelec-tronicchainsofcommunicationsys-temsfromoverstressesandthecur-rentsexceedingpermissiblelimits.Be-sides,thesedevicesprotectalsopowersuppliesatemergencies.Inpaperbriefinformationonthedevicesofprotec-tionreleasedbyTЕConnectivitycom-panyisresulted.V.MakarenkoУстройствазащитыпредна-значеныдляпредохраненияэлектронныхцепейсистемсвязиотнапряженийитоков,превы-шающихдопустимыепределы.Крометого,этиустройстваза-щищаютиисточникипитанияприаварийныхситуациях,напри-мер,короткихзамыканияхвна-грузке.Встатьеприведенакрат-каяинформацияобустройствахзащиты,выпускаемыхкомпаниейTEConnectivity.В.МакаренкоУСТРОЙСТВАЗАЩИТЫЭЛЕКТРОННЫХЦЕПЕЙОТПОВРЕЖДЕНИЙАbstract--www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.uaПАССИВНЫЕКОМПОНЕНТЫ6,июнь2011
SwitchсерииRXEоттемпературыокружаю-щейсреды,гдетоксрабатыванияпредохрани-теляобозначенITRIP,аноминальныйрабочийток--IHOLD.Послеустраненияпричины,вызвавшейсрабатываниепредохранителяPolySwitch,егосопротивлениевосстанавливаетсяпоэкспо-ненциальномузакону.Нарис.3приведеназа-висимостьсопротивленияпредохранителяRXE025отвремени,прошедшегосмоментаначалавосстановления(временивосстановле-ния).ОсновныехарактеристикипредохранителейPolySwitchразличныхсерийприведенывтабл.1,аболееподробныехарактеристикипре-дохранителейвSMD-исполнении--втабл.2[3].Нарис.4показаныпредохранителиPoly-Switchвразличномисполнении.Вкаждойсериипредохранителейнасчиты-ваетсяотнесколькихтиповдонесколькихде-сятковтиповразличныхпредохранителейPolySwitch,поэтомупривестииххарактери-стикиводнойстатьенепредставляетсявоз-можным.Болееподробнуюинформациюопре-дохранителяхPolySwitchможнонайтив[1...3],атакженаweb-сайте:http://www.circuitprotec-tion.ru.Тамжеможнодетальноознакомитьсясноменклатуройплавкихпредохранителей,вы-пускаемыхкомпаниейТЕConnectivity.Инерционностьполимерныхпредохраните-лейнепозволяетиспользоватьихдлязащитывысокоскоростныхцепей.Однакотакиеприбо-рыидеальноподходятдлязащитыбатарейилиисточниковпитанияотповреждений,возникаю-щихиз-заперегрузкипотоку.Дляаккумулятор-нойбатареи,рассчитаннойнаноминальныйтокРис.1.СхемавключенияпредохранителяPolySwitch(а)изависимостьегосопротивленияоттемпературы(б)Рис.2.ЗависимоститокасрабатыванияпредохранителейPolySwitchсерииRXE(ITRIP)иноминальноготока(IHOLD)оттемпературыокружающейсредыРис.3.ЗависимостьсопротивленияпредохранителейPolySwitchсерииRXE025послесрабатыванияотвременивосстановленияРис.4.РазличныеисполненияпредохранителейPolySwitchwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.uaПАССИВНЫЕКОМПОНЕНТЫ6,июнь2011
1А,неопасно,есливтечение2секундонабудетотдаватьток10А,которыйзатемуменьшитсядо300мА.ОнимогутприменятьсяидлязащитышиныUSB(UniversalSerialBus)вПКиустройств,соединяемыхснейврежиме"горяче-гоподключения",т.е.безвыключенияпитания.Основныеобластиприменениятермисто-ровPolySwitch:•защитааккумуляторныхбатарей(длямо-бильныхтелефонов,ноутбуковипр.порта-тивнойэлектроники)отзарядкиповышен-нымтокомПАССИВНЫЕКОМПОНЕНТЫ6,июнь2011ПараметрСерияfemto-SMDCpico-SMDCmicro-SMDnano-SMDCmini-SMDCmid-SMDSMDSMD2Форм-фактор,мил.06030805121012061812201829203425Форм-фактор,мм16082012322532164532505075558763IН*прикомнатнойтемпературе,А0.05...0.160.10...1.00.05...2.000.12...2.00.10...3.00.3...2.00.3...31.5...2.5IТ*прикомнатнойтемпературе,А0.15...0.400.30...2.100.15...4.000.39...4.00.28...6.00.8...4.20.60...6.003.0...5.0Макс.рабочеенапряжение,Вот6до15от6до15от6до30от6до48от6до60от6до60от6до60от15до33Макс.ток,А4010010...10010...10010...1004010...5040...70Минимальноесопротивление,Ом1.0...3.80.06...1.500.02...3.600.02...1.400.011...1.500.048...0.50.015...1.200.035...0.80Сопротивлениечерез1часпослесрабат.защиты(R1MAX),Ом4.2...300.19...11.000.06...50.000.072...6.500.036...12.700.05...4.80.05...4.800.085...0.25Макс.рабочаятемпература,°С8585858585858585Таблица2.ОсновныехарактеристикипредохранителейPolySwitchвSMD-исполнении*IН--номинальноезначениерабочеготока,IТ(ITRIP)--токсрабатывания(отключениянагрузки).СемействоПостоян-ноерабо-чеена-пряже-ние,ВС.к.з.ра-бочегонапряже-ния(VRMS),ВРабочийток,АДиапа-зонра-бочихтемпера-тур,°CСемейс-твоПосто-янноерабочеенапря-жение,ВС.к.з.рабоче-гона-пряже-ния(VRMS),ВРабочийток,АДиапа-зонра-бочихтемпе-ратур,°CLVR120/240135/2650.05...2-20...85AHRF16...30--0.50...15-40...125LVRL1201350.75...2-20...85AHS16--0.80...3.0-40...125RGEF16--2.5...14.0-40...85ASMD16...30--0.23...1.97-40...85RHEF16...30--0.5...15-40...125AHEF32--0.50...10-40...125RTEF33--1.2...1.9-40...85BBRF99--0.55...0.75-40...85RUEF30--0.9...9.0-40...85TCF602500.10...0.18-40...85RKEF60--0.50...5-40...85TRF25060...1002500.08...0.184-40...85RXEF60...72--0.05...3.75-40...85TRF6002506000.15...0.40-40...85RUSBF6...16--0.75...2.5-40...85TS250/TSV250602500.13-40...85microSMD6...30--0.05...2.0-40...85TSL250802500.08-40...85midSMD6...60--0.3...2.0-40...85TS600/TSM60060...2506000.17...0.40-40...85miniSMDC6...60--0.14...2.6-40...85MXP6--1.9-40...85miniSMDE16--1.9-40...85LR415...20--1.7...13.0-40...85nanoSMDC6...48--0.12...2.0-40...85LTP15...24--0.7...3.4-40...85picoSMD6--0.35-40...85SRP15...30--1.2...4.2-40...85SMD6...60--0.3...3.0-40...85VLP16--2.1...2.7-40...85SMD215...33--1.5...2.5-40...85VLR12--1.7...2.3-40...85AGRF16--4.0...14.0-40...85VTP16--1.1...2.4-40...85Таблица1.ОсновныехарактеристикипредохранителейPolySwitchразличныхсерийwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
•защитакомпьютеровиихпериферийныхустройствотвнутреннихивнешнихпере-грузокпотоку•защитапотокуэлектродвигателей,актива-торов,монтажныхблоков,проводкиипр.оборудованияавтомобилей•защитакроссовАТС,сетевогоиабонент-скоготелекоммуникационногооборудова-нияотимпульсовтока,вызванныхпопада-ниемлинейногонапряженияилимолний•защитатрансформаторов,устройствсигна-лизации,громкоговорителей,контрольно-измерительнойаппаратуры,оборудованияспутниковоготелевиденияимногогодру-гого.Однойизновинок,выпущенныхнарынокв2010г.,являетсякомбинированноеустройствоMHP(MetalHybridPPTC),котороепредстав-ляетсобойкомбинациюполимерногоустрой-ствазащитыPolySwitchиобычногобиметал-лическоготермопредохранителя[4],соединен-ныхпараллельноинаходящихсявтермиче-скомконтактедругсдругом(рис.5).Получившеесягибридноеустройствообес-печиваетсамовосстанавливающуюсязащитуотперегрузокпотокуиприэтом(благодарянизкомусопротивлениюустройстваPoly-Switch),препятствуетобразованиюэлектриче-скойдугимеждусиловымиконтактамибиме-таллическогопредохранителя.НасегоднясерийновыпускаетсявсегоодинтипустройствасерииMHP,обозначаемыйMHP30-36-T.Максимальноерабочеенапряже-ниеприборасоставляет36Вприпостоянномтокедо30А.Токгарантированногосрабатыва-ния--50А,авремясрабатыванияпритоке100А--неболее4.5секунд.Возможныеобластипримененияустрой-стваMHP:•защитаэлектродвигателейпостоянноготока•защиталитий-ионныхаккумулятороввбеспроводномэлектроинструменте,меди-цинскомоборудовании,электромобиляхиисточникахбесперебойногопитания.Кпреимуществамкомбинированныхустройствможноотнести:•обеспечениенадежнойзащитысильноточ-ногооборудованияспитаниемотаккуму-ляторныхбатарей•возможностьзащитылитий-ионныхакку-муляторовотперегреваиперегрузокпотоку,связанныхсбыстрымразрядомакку-мулятораикороткимизамыканиямивна-грузке,чтообеспечиваетувеличениесрокаихслужбы•подавлениеэлектрическойдуги,возникаю-щейприразмыканииилизамыканиикон-тактовбиметаллическогопредохранителяблагодаряоченьнизкомувнутреннемусо-противлению(около2мОм)•уменьшениегабаритовпосравнениюсдру-гимиустройствамизащиты.Кэлементамзащитыэлектрическихцепейпонапряжениюотносятсягазоразрядники,тиристорныеэлементызащитыSiBarивари-сторы[2].Газонаполненныегрозозащитныеразрядни-кипроизводствакомпанииRaychemCircuitProtectionиспользуютсявосновномдлязащи-тычувствительноготелекоммуникационногооборудования(телефонныхстанций,входныхцепейаппаратурысвязи,линийсвязиидруго-горадиоэлектронногооборудования)отперена-пряжений,возникающихврезультатегрозо-выхразрядовипоявленияэлектромагнитныхимпульсовбольшойнапряженности(рис.6).С2009годаспроизводствакомпанииснятыразрядникисерийPиQ,авместонихосвоенвыпускразрядниковсерииR,котораясодер-житнетолькоприборы,полностьюаналогич-ныеразрядникамсерийP/Q,ноиновыеустройства.Вчастности,всоставсерииRвхо-дятразрядникидиаметром5и3мм,втомчис-левSMD-исполнении.Диапазонрабочихста-тическихнапряженийразрядаэтихустройствРис.5.КомбинированныеустройствазащитыMHPдляэлектроинструментаиаккумуляторныхбатарейwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.uaПАССИВНЫЕКОМПОНЕНТЫ6,июнь2011
охватываетобластьот75до600В.Болееподробныехарактеристикиразряд-никовGTCxприведенывтабл.4.Варисторыиспользуютсядляподавлениябольшихвыбросовнапряжения.Радиально-вы-водныеметалл-оксидныеваристоры(ROV),вы-ПАССИВНЫЕКОМПОНЕНТЫ6,июнь2011ХарактеристикиТипGTCS23-xxxM-R01GTCx25-xxxM-R02GTCx26-xxxM-R05GTCx28-xxxM-R05GTCx28-xxxM-R10GTCx28-xxxM-R20GTCx35-xxxM-R05GTCx36-xxxM-R10GTCx37-xxxM-R10GTCx38-xxxM-R10Числовыводов2222223333Диаметркорпуса,мм3568885678Напряжениесрабатывания,В75...23075...60075...60075...60075...60075...23075...60075...60075...60075...600Импульсныйтокразряда*,кА12.55510205101010ТипвыводовSMDАксиальныебезвыводов,SMDАксиаль-ныебезвыводов,радиаль-ные,SMDБезвы-водов,ра-диаль-ныеАксиаль-ныебезвыводов,радиаль-ные,SMDТермозамыкательнетнетнет--нет--возможенЕмкостьначастоте1МГц,пФ<0.5<1<1<1<1<1.5<1<1<1<1Таблица3.ЭлектрическиехарактеристикигазовыхразрядниковсерииR*Токразряда--10импульсовдлительностью8мксспериодомследования20мкс(8/20мкс).ТипНапряжениепробоя,ВПадениенапря-жениянаоткры-томразряднике,неболее,ВПадениенапряже-ниянаразрядникевсостояниипро-боя,неболее,ВпостоянноготокаимпульсноеVн*≤100В/c±20%Vн=100В/мксVн=1кВ/мксpeк.ITUK.12**приIном=1АGTCX25-XXXM-R02GTCX26-XXXM-R05GTCX28-XXXM-R10GTCX35-XXXM-R05GTCX36-XXXM-R10GTCX37-XXXM-R10GTCX38-XXXM-R107545055052209045055052201405006008020150500600802020060070013520230600700135202506007001352026070080013520300800900150203509001000150204009001000150204209001000150204701050115015020500110012001502055013001400150206001300140015020Таблица4.ЭлектрическиехарактеристикигазовыхразрядниковGTCx*Vн--скоростьнарастаниянапряжения.**РекомендацииITU(InternationalTelecommunicationUnion--Международныйсоюзэлектросвязи)--CharacteristicsofGasDischargeTubesfortheProtectionofTelecommunicationsInstallations.www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
пускаемыекомпаниейТЕConnectivity,характе-ризуютсявысокиминагрузочнымтоком,погло-щающейспособностью,быстродействиеминиз-койстоимостью,чтопозволяетиспользоватьихвомногихустройствах.ПрименениесовместносэлементамитоковойзащитыPolySwitchсерииLVRобеспечиваеткомплекснуюсамовосстанав-ливающуюсязащитуотперегрузокпотокуивысоковольтныхразрядоввисточникахпита-ния,трансформаторахилинияхпередачидан-ных.Основныехарактеристикинекоторыхва-ристоровROVприведенывтабл.5[2].Нарис.7приведенызависимостимакси-мальноготокачерезваристорысерииROVотдлительностиимпульса,атакжедопустимогонапряжениянаваристореотвеличиныпроте-кающегочерезнеготока.ХарактеристикиСерияROV05ROV07ROV10ROV14ROV20Диаметркорпуса,мм57101420МодификацииStandard,HighStandard,HighStandard,HighStandard,High,ExtraHighStandard,High,ExtraHighМаксимальныйтоксрабатыва-ния(8/20мкс),мАStandard100/400250/1200500/25001000/45002000/6500High250/800500/17501000/35002000/60003000/10000ExtraHigh------650012500Допускпонапряжениюсрабатывания,%Uном10/15/2010/15/2010/15/2010/15/2010/15/20Диапазонрабочихнапря-жений,В(притоке1мА)18...75018...82018...180018...180018...1800Максимальноепеременноенапряжение,В11...46011...51011...100011...100011...1000Максимальноепостоянноенапряжение,В14...61514...67014...146514...146514...1465Таблица5.ОсновныехарактеристикиваристоровROVРис.6.ГазоразрядникисерииRРис.7.ЗависимостимаксимальноготокачерезваристорысерииROVотдлительностиимпульса(а)инапряжениянаваристореотвеличиныпротекающегочерезнеготока(б)а)б)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.uaПАССИВНЫЕКОМПОНЕНТЫ6,июнь2011
Всовременныхваристорахиспользуютсямногослойныекерамическиеструктуры,обес-печивающиеэффективноекратковременноеподавлениевыбросовнапряжениядовеличи-ныменьшей,чемвтрадиционныходнослой-ныхприборах,подобныхдвунаправленнымстабилитронам.Варисторымогутвыдержи-ватьбольшиеоднократныеимпульсытока.Многослойныеваристоры(MLV--MultiLayerVaristor)выполненывминиатюрныхSMD-корпусахисостоятизбольшогочисласлоевоксидацинка,междукоторымиразме-щаютсяэлектроды(рис.8).КомпанияТЕCon-nectivityвыпускаетMLV-варисторыстандарт-нойсерииисерииЕ,которыеимеютмалыетокиутечкииемкость,чтопозволяетисполь-зоватьихдлязащитысигнальныхвысокоча-стотныхцепейотэлектростатическихразря-дов(ESD).Например,такихкакинтерфейсыUSB,IEEE1394,малогабаритноетелекомму-никационноеоборудованиеипр.Времявосста-новленияэтихваристоровнепревышает1нс.Основныехарактеристикимногослойныхва-ристоровприведенывтабл.6.Всекомпонентызащиты,выпускаемыекомпаниейТЕConnectivity,соответствуюттребованиямдирективыRoHS.Подробносноменклатуройваристоровразличныхсерийииххарактеристикамиможноознакомитьсяв[2].Cдругимикомпонентамизащитыэлектри-ческихцепеймыпознакомимчитателейвпоследующихпубликациях.Дополнительнуюинформациюокомпонен-тах,выпускаемыхкомпаниейТЕConnectivi-ty,можнополучитьвсетиИнтернетпоадре-су:http://www.tycoelectronics.comиливфирмеVDMAIS--официальномдистрибьютореТЕConnectivityвУкраине.ЛИТЕРАТУРА1.http://www.circuitprotection.com/cata-log/fundamentals/PSWFundamentals.pdf.2.http://www.konkurel.ru/raychem/RCP-Catalog2009.pdf.3.http://www.konkurel.ru/raychem/poly-switch/surfase.php.4.http://www.circuitprotection.ru/news/25.ПАССИВНЫЕКОМПОНЕНТЫ6,июнь2011Рис.8.Конструкция(а)ивнешнийвид(б)многослойныхваристоровсерииMLVНаименованиеМакс.рабочеенапряжение,В(притокеменьше10мкA)Напряжениеограниче-ния,типовое,В(импульсывсоотв.состандартомIEC*)Токутечки,неболее,мкА(принапряж.12В)Типоваяемкость,пФ(начастоте1МГц)MLV0402-180-E0301835013MLV0402-120-E12012100112Таблица6.ОсновныехарактеристикиMLV-варисторовсерииE*ИзмерениепроизводитсявсоответствиистребованиямистандартаIEC61000-4-2через30нспослевозбужденияимпульсаэлектростатическогоразряданапряжением8кВ.а)б)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
ADE7816--ИМСмногоканальногосчетчикаэлектроэнергии,предназначеннаядляодно-временногоизмерениятокапошестиканаламинапряженияпоодномуканалу.ИМСADE7816обеспечиваетвычислениеактивнойиреактивнойэнергии,обратноймощности,ко-синусаφ.Крометого,ИМСADE7816опреде-ляетотсутствиенагрузки.ЭтаИМСиспользу-етсявинтеллектуальныхсчетчикахэнергии,домашнихмониторахэлектроэнергии,приучетепотребляемоймощностиcраспределен-нойнагрузкой.Нарис.1приведенафункциональнаясхемаИМСсчетчикаэлектроэнергииADE7816.Онасодержитшестьавтономныхизмерительныхканаловдляопределенияпотребляемоймощ-ности.Впервойчастинастоящейстатьирас-смотреныособенностипреобразованияанало-говыхэлектрическихсигналоввцифровойкод,вовторой--особенностиобработкицифро-выхсигналоввИМСADE7816.АналоговыйузелсчетчикасодержитАЦП,ФВЧиинтегра-торвканалеизмерениятока.Нарис.2,3приведеныфункциональныесхемыидиаграммывходных/выходныхсиг-наловАЦПифильтровдляизмерениявход-ныхнапряженийитоков.Каналыдляизмере-ниянапряженийитоков,какследуетизэтихрисунков,идентичнызаисключениемнали-чиявканалахизмерениятокацифровогоин-тегратора,которыйпозволяетподключатьИМСADE7816непосредственноккатушкеРо-говского.ВИМСADE7816использованысигма-дельтаАЦПпервогопорядка.Упрощеннаяструктур-наясхемаАЦПприведенанарис.4.ТактоваячастотаэтогоАЦПсоставляет1.024МГц.Усреднениецифровыхотсчетов,поступающихADE7816THEORYOFOPERATIONThearticleprovidestheoreticalinformationabouttheADE7816energyandrmscalculations.A.RitchieBстатьерассмотреныособенностиработысчетчикаэлектроэнер-гииADE7816.А.РитчиСЧЕТЧИКЭЛЕКТРОЭНЕРГИИADE7816*Аbstract--*RitchieА.ADE7816TheoryofOperation//www.analog.com/AN-1137,2012AnalogDevices.СокращенныйпереводсанглийскогоикомментарииВ.Романова.Рис.1.ФункциональнаясхемаИМСсчетчикаэлектроэнергииADE7816www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua6,июнь2012ВПОМОЩЬРАЗРАБОТЧИКУЭЛЕКТРОННОЙАППАРАТУРЫ
свыходамодулятора,обеспечиваетсяцифро-вымфильтромнижнихчастот.Дляуменьше-нияпогрешностиквантованиявсигма-дельтаАЦПиспользованасверхвыборкавходногосигнала,т.е.частотавходногосигналанахо-дитсявполосеот40Гцдо2кГц,ачастотавы-боркисоставляет1.024МГц.Отметим,чтоуве-личениечастотывыборкивчетыреразапосравнениюсчастотойНайквиставсигма-дель-таАЦПпозволяетувеличитьотношениесиг-нал/шумнеменеечемна6дБ.БлагодарясверхвыборкешумквантованиясдвигаетсявобластьВЧ,азатемотфильтровываетсяФНЧ,рис.5.ВсеАЦПвИМСADE7816спроектиро-ванытакимобразом,чтобыкодироватьсину-соидальныесигналысчастотой8кГц.ПримаксимальнойамплитудевходногосигналаРис.2.ИзмерительныйканалИМСADE7816дляизмерениятокаРис.3.ИзмерительныйканалИМСADE7816дляизмерениянапряженияРис.4.Упрощеннаяструктурнаясхемасигма-дельтаАЦПпервогопорядкавсоставеИМСADE7816www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua6,июнь2012ВПОМОЩЬРАЗРАБОТЧИКУЭЛЕКТРОННОЙАППАРАТУРЫ
0.5Визначенииопорногонапряжения1.2Ввыходнойкодсигма-дельтаАЦП(рис.2,3)ра-вен5928256вдесятичномили0 5А7540вшестнадцатеричномкоде.ВыходнойкодАЦПможетизменятьсявдиапазонеот0 8000000(-8388608)до0 7FFFFF(+8388607),чтоэкви-валентно0.707В.Однакодляпредотвраще-нияперегрузкиповходуАЦПиспользовансу-женныйдиапазон±0.5В.ВыходнойкодАЦПможетсодержатьсо-ставляющую,учеткоторойприоценкесред-неквадратичногозначенияпотребляемоймощ-ностиможетпривестикпоявлениюпогрешно-сти.ПоэтомунавыходеАЦПиспользованцифровойФВЧсчастотойсреза0.2Гц.ВстроенныйвИМСADE7816цифровойин-теграторобеспечиваетеесопряжениеска-тушкойРоговскогоилидругимdi/dt-сенсо-ром,преобразующимпеременныйтоквмаг-нитныйпоток.Принципдействиятакогосен-сорапоказаннарис.6.Плотностьмагнитногопотока,наводимоговконтурепеременнымтоком,пропорциональнавеличинеэтоготока.Приизмененииплотностимагнитногопотока,проходящегочерезконтур,наконцахпроводникагенерируетсяэ.д.с.,пропорцио-нальнаяизменениютокаdi/dt.Такимобра-зом,напряжениенавыходесенсора,по-строенногонапринципемагнитнойиндук-ции,пропорциональнотоку,протекающемувпроводнике.Сигналсвыходаdi/dt-сенсоравосстанавли-ваетсяцифровыминтеграторомвкаждомизканаловсчетчикаэлектроэнергии.Фазоваяиамплитуднаяхарактеристикицифровогоин-тегратораприведенынарис.7,8.Рис.5.ОслаблениешумаквантованияпутемсверхвыборкиисдвигаэтогошумавобластьВЧРис.6.Принципдействияdi/dt-сенсораРис.7.АмплитуднаяифазоваяхарактеристикицифровогоинтеграторавширокойполосечастотРис.8.Амплитуднаяифазоваяхарактеристикицифровогоинтеграторавузкойполосечастот(от30до70Гц)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua6,июнь2012ВПОМОЩЬРАЗРАБОТЧИКУЭЛЕКТРОННОЙАППАРАТУРЫ
Еслицифровойинтеграторотключен,ИМСсчетчиканепосредственносопрягаетсястранс-форматоромтока.Следуетотметить,чтоин-теграторимеетзатухание-20дБ/дек.исдвигфазыначастоте50/60Гц-90°.Приегосопря-женииссенсоромАЧХдолжнабытьравномер-нойвполосеизмеряемогочастотногодиапазо-на.Учитываято,чтоdi/dt-сенсоримеетпере-даточнуюхарактеристику20дБ/дек.иможетгенерироватьшумывобластиВЧ,следуетис-пользоватьзаградительныйфильтрвторогопорядкадляослабленияэтихшумовврабочейполосечастот.ИМСADE7816содержитцифровойсиг-нальныйпроцессорсфиксированнымнаборомфункцийдлявычислениявсехвидовмощно-сти.ВпроцессореимеетсяROM-памятьпро-граммиRАM-памятьданных.ВЫЧИСЛЕНИЕПОЛНОЙАКТИВНОЙМОЩНОСТИЭлектрическаямощностьвычисляетсявпроцессееепотреблениянагрузкой.Сначалакодируютсямгновенныетокиинапряже-ния,затемвычисляетсямгновеннаямощ-ностьвкаждыймоментвремени.Мощностьоцениваетсявваттахилиджоуляхвсекун-ду.Еслиисточникэлектроэнергиивыраба-тываетпеременноенапряжениеv(t),апо-требляемыйтокі(t),тосучетомгармоник,имеем:гдеVK,IK--среднеквадратичныезначениягар-моникнапряженияитока;φK,γK--фазовыесдвигидлягармоникнапряженияитока.Отсюдамгновеннаямощностьp(t)равнаСредняямощностьвычисляетсякакинтег-ралвыражения(2):гдеТ--период,аn--числопериодов.Выражение(3)используетсядлявычисле-нияполнойактивноймощностиРвкаждомканале.ПостоянныесоставляющиеполноймощностиопределяютсясиспользованиемФНЧвсоответствиисрис.11.Еслисигналынапряженияитокасодер-жаттолькоосновнуюгармонику,т.е.гармо-ническиесоставляющиеотсутствуют,этозначит,чтоφ1=γ1=0.Отсюдапостояннаясо-ставляющаямощностиравнаV1 I1,aмгно-веннаямощностьравнаV1 I1сos(2ωt),какпо-казанонарис.9.Учитываято,чтоФНЧимеетнеидеальнуюпереходнуюхарактери-6,июнь2012ВПОМОЩЬРАЗРАБОТЧИКУЭЛЕКТРОННОЙАППАРАТУРЫРис.9.Принципвычисленияактивноймощности,реализуемыйвИМСADE7816Рис.10.АЧХфильтранижнихчастотиспользуетсядлявычислениямгновенноймощности(1)(2)(3)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
стику,рис.10,сигналмгновеннойактивноймощностибудетсодержатьпульсации,кото-рыемогутбытьсглаженыприинтегрирова-нии.ВЫЧИСЛЕНИЕЭФФЕКТИВНОЙЭНЕРГИИЭффективнаяэнергияопределяетсяизвы-раженияИМСADE7816вычисляеткакположитель-ную,такиотрицательнуюэнергиювсоответ-ствиисвыражениемгдеn--дискретныеотсчеты,Т--периодвыбо-рок.Процессвычисленияэнергиисостоитиздвухэтапов:сначаладанныесравниваютсясвнутреннейпороговойвеличиной,азатемза-носятсявовнешнийрегистр,рис.11.Болееподробноэтиоперациирассмотренывтехни-ческойдокументации(datasheet)наИМСADE7816.ВЫЧИСЛЕНИЕПОЛНОЙРЕАКТИВНОЙМОЩНОСТИИМСADE7816обеспечиваетвычислениеполнойреактивноймощности.Реактивнаямощностьсодержиткомпонентыбазовойчас-тотыигармоническихсоставляющих.Нагруз-ка,котораясодержитемкостныеииндуктив-ныеэлементы,создаетфазовыйсдвигмеждупеременнымнапряжениемисточникаэнергииипотребляемымтоком.Мощность,потребляе-маяреактивнымиэлементами,называетсяре-активной.Дляееизмеренияиспользуетсяеди-ница,называемаяvar.Реактивнаямощностьвычисляется,когдагармоническиекомпонен-тынапряженияитокасдвинутыдруготноси-тельнодругана90°.Выражениядляопределе-ниямгновеннойреактивноймощностиимеютследующийвид:гдеi'(t)--функциямгновенноготока,сдвину-таяна90°.Отсюдамгновеннаяреактивнаямощ-Рис.11.УзелИМСADE7816длявычисленияактивнойэнергииРис.12.УзелИМСADE7816длявычисленияреактивнойэнергии(4)(5)(6)(7)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua6,июнь2012ВПОМОЩЬРАЗРАБОТЧИКУЭЛЕКТРОННОЙАППАРАТУРЫ
ностьq(t)можетбытьвычисленаследующимобразом:Из(8)можновычислитьполнуюреактив-нуюмощность:гдеТ--период,аn--числопериодов.Согласно(9)вычисляетсяполнаяреактив-наямощностьQдлякаждогоизшестикана-лов.ВЫЧИСЛЕНИЕРЕАКТИВНОЙЭНЕРГИИРеактивнаяэнергияможетбытьвычисленавсоответствиисвыражениемВычислениереактивнойэнергии,измеряе-мойИМСADE7816,производитсяаналогичновычислениюактивнойэнергии.ВЫЧИСЛЕНИЕСРЕДНЕКВАДРАТИЧНЫХЗНАЧЕНИЙПАРАМЕТРОВСЕТЕВОГОНАПРЯЖЕНИЯВычислениесреднеквадратичныхзначенийвИМСADE7816производитсявсоответствиисвыражением:Выражение(11)используютприналичиигармоник.ВИМСADE7816дляусредненияиспользуютсяФНЧ.Затемизсреднегозначе-ниявычисляетсякореньквадратный.Этипро-цедурыможнопредставитьследующимобра-зом:Послефильтрацииивычисленияквадрат-ногокорняимеемСреднеквадратичноезначениекактока,такинапряжениявычисляетсясогласно(12).ФункциональнаясхематакоговычислителявсоставеИМСADE7816приведенанарис.13.ВЫВОДЫ1.ИМСсчетчикаэлектроэнергииADE7816выполняетполныйциклизмерительныхима-тематическихоперацийдляизмеренияивы-численияполныхактивнойиреактивноймощностииэнергииисреднеквадратичныхпараметровсетевыхнапряженийитоков.2.ИспользованиеинтеллектуальныхИМСтипаADE7816позволяетстроитьпромышлен-ныеибытовыесчетчикиэлектроэнергии,атакжесчетчикиэнергиираспределенногообо-рудования.6,июнь2012ВПОМОЩЬРАЗРАБОТЧИКУЭЛЕКТРОННОЙАППАРАТУРЫРис.13.УзелИМСADE7816длявычислениясреднеквадратичныхзначенийсетевыхнапряженийитоков(8)(9)(10)(11)(12)www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
Помереувеличениячисланаходящихсявэксплуатациипортативныхэлектронныхустройств(мобильныхтелефонов,смартфо-нов,планшетныхкомпьютеров,цифровыхфото-ивидеокамер)проблемапереходакуниверсальнымзаряднымустройствамста-новитсявсеболееактуальной.Владельцамтакихустройствсегодняприходитсяпользо-ватьсяцелымрядомадаптеровизарядныхустройств.Из-заразличийвэлектрическиххарактеристикахиконструкцияхустройствразныхпроизводителейи/илитиповэтихустройстввбольшинствеслучаевнепред-ставляетсявозможнымподзаряжатьихотодногоисточникапитания.Какследствие,приходитсярегулярнораспутыватьплотныйклубокпроводоввпоискахнужногозаряд-ногоустройства,аеслинеобходимозаря-жатьнесколькоустройстводновременно,требуютсяещеиудлинителидляподключе-ниязарядныхустройствксетипеременноготока.Впоследнеевремяфактическимстандар-томдлямаломощныхустройств(вчастности,МР3-плееров,беспроводныхгарнитурипр.)сталавозможностьподзарядкичерезпортUSB.ТаккакбольшинствопользователейпортативныхустройствимеютПКилиноутбу-ки,этопозволяетчастичнорешитьпроблемусовместимости.Однаковключатькомпьютердлятого,чтобызарядитьаккумулятормо-бильногоустройства,нетольконеудобно,ноинеэкономично.Ведьмощность,потребляемаякомпьютером,вдесяткиразпревышаетмощ-ность,потребляемуюотсетизаряднымустройством.ОрганыстандартизацииЕвросоюза--Евро-пейскийкомитетпоэлектротехническойстан-дартизации(CEN-CENELEC)иЕвропейскийинститутпостандартизациивобластителе-коммуникаций(ETSI)--одобрилистандартуниверсальногозарядногоустройства(ЗУ)длямобильныхтелефоновисмартфонов,разработ-какотороговеласьс2009года[1].Ожидается,чтовнедрениеединогозарядно-гоустройстванетолькоизбавитпользователейотнеобходимостисменыстарогоустройстванановоеприпокупкетелефона,ноипозволитулучшитьэкологическуюобстановкублагода-рязначительномусокращениюутилизируе-мыхежегодноЗУ.ДляуниверсальногозарядногоустройствабудетиспользоватьсяинтерфейсподключенияMicroUSB,атакжерейтингэнергоэффектив-ностиненижечетырехзвездочек(рис.1).Вчислокомпаний,поддержавшихвнедрениеэтогоЗУ,вошлиApple,HuaweiTechnologies,LG,Motorola,NEC,Nokia,Qualcomm,ResearchWIRELESSBATTERYCHARGERSТhearticlepresentsasummaryofstan-dardoflow-powerwirelesspowersup-pliesandbatteryQichargers.Theinformationabouttheoperatingprinciplesofsuchdevicesandexamplesofitsimplementationaregiven.V.MakarenkoВстатьеприведенакраткаяин-формацияостандартемало-мощныхбеспроводныхустройствэлектропитанияиподзарядкиак-кумуляторовQi,опринципахрабо-тытакихустройств,атакжеданыпримерыихвыполнения.В.МакаренкоБЕСПРОВОДНЫЕЗАРЯДНЫЕУСТРОЙСТВАДЛЯАККУМУЛЯТОРОВАbstract--Рис.1.Зарядноеустройствосунифицированныминтерфейсомwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua8,август2012ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ
inMotion,Samsung,SonyEricsson,TCTMobile(ALCATEL)иTexasInstruments.МногиепроизводителикомплектовалисвоителефонызаряднымиустройствамистакиминтерфейсомещедоодобренияэтогорешенияЕвросоюзом.Однакоприменениеунифицированногоразъемалишьчастичнорешаетпроблемуза-рядныхустройств.Этосвязаностем,чтораз-личныеустройстваотличаютсятакжевеличи-нойзарядноготокаимогутиметьразныена-пряженияпитания.Следовательно,толькоэтимунификациянеобеспечивается.Однимизвозможныхвариантовотказаотмножестваразличныхзарядныхустройствитянущихсяотнихпроводовможетстатьпере-ходкиспользованиюбеспроводныхтехноло-гий.Технологиипередачиэлектрическойэнергиинарасстояниебезиспользованияпро-водовизвестныужеболеевекаидавноприме-няютсявцеломрядеустройств.Вкачествеодногоизнаиболееизвестныхпримеровможнопривестиграфическиеплан-шетыкомпанииWacom.Вовсехмоделяхпланшетовужеболеедесяткалетприменяют-сяполучающиепитаниеотпланшетабеспро-водныеперья,вкоторыхотсутствуетисточникпитания.Ещеодиннаглядныйпример--смарт-карты,используемыевкачествеэлек-тронныхпропусков,проездныхбилетовипр.Втакойкартеестьминиатюрныйчип,нонетвстроенногоисточникапитания.Необходимоедляработыпитаниечипполучаетотсчиты-вающеготерминалаприпомощивстроеннойвкартуантенны.Пассивныерадиочастотныеметкитакжеполучаютэнергиюоттранспонде-раинеимеютвстроенногоисточникапитания.В2008годурядкрупнейшихпроизводите-лейэлектроннойтехникиикомпонентов,атакжеоператоровсвязисоздалиассоциациюWirelessPowerConsortium(WPC).Всоставас-социациивошлитакиеизвестныекомпании,какFranceTelecom,FreescaleSemiconductor,HTC,Huawei,LGElectronics,MaximIntegra-tedProducts,MotorolaMobility,NEC,Nokia,PanasonicCorporation,Philips,Samsung,Sony,ST-Ericsson,TexasInstruments,TUVRhein-landимногиедругие[2].Ассоциацияоткрыто-готипа,чтообеспечиваетвозможностьприсоеди-ненияновыхучастников.На12июля2012годаассоциациянасчитывала109членов[3].Задачаассоциациизаключаетсявразра-боткестандартовмаломощныхбеспроводныхустройствэлектропитанияиподзарядкиак-кумуляторовисоответствующейимтехноло-гии[3].Вконце2010г.ассоциацияWPCутвердилатехническийстандартQi(QualityInterface).Экспертысразуобъявилиоб"от-крытии"имеющегобольшойпотенциалрын-кановыхустройств,которыйпоихоценкамк2014г.достигнетобъемоввнесколькомилли-ардовдолларов.Речьидетосозданииклассабеспроводныхзарядныхустройств,способныхзаряжатьак-кумуляторымобильныхтелефонов,ноутбу-ковидругихвысокотехнологичныхгадже-тов"нарасстоянии"безнеобходимостиихфизическогоподключениякисточникуэнер-гииспомощьюпроводов.ДостаточнопросторазместитьихнаповерхностиQi-совмести-могозарядногоустройстваилипоблизостиотнего.ПриэтомлюбоеQi-совместимоезарядноеустройствоможетснабжатьэнергиейлюбоеQi-совместимоемобильноеустройство,чтообес-печиваетпростотуиудобствоиспользованияэтойтехнологии.Qi-совместимыезарядныестанциимогутбытьинтегрированывпредме-тымебели,столешницы,автомобилиидр.Вапреле2012г.ассоциацияWPCдополни-ластандартQi,описывающийтехнологиюбес-контактнойзарядкиаккумуляторов.Внегодобавленаподдержкатехнологиймагнитногорезонанса,позволяющихработатьсQi-совме-стимымзаряднымустройствомнабольших,чембылозакрепленовпрежнейредакциистандарта,расстояниях[4].Экспериментыпопередачеэлектрическоготокабезпроводовначалисьболеевеканазад.ИхпроводилвыдающийсяфизикНиколаТес-ла.Теслазанималсяизучениемгрозовыхяв-ленийватмосфере,исделалвыводотом,чтосуществуетпринципиальнаявозможностьпе-редачиэлектрическойэнергиинадалекиерасстояния.Теслаработалнаэлектростанциииэтопомоглоемупровестисвойуникальныйэксперимент.Сконструировавгенератор,имеющийгигантскуюпервичнуюобмотку,вторичнуюобмоткуонподключилкмачтевысотой60метров.Навершинеэтоймачтыбылустановленмедныйшардиаметром1метр.В1899-1900гг.Теслапубличнопроде-www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua8,август2012ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ
монстрировалвозможностьпередачиэлек-трическойэнергиибезпроводовнабольшиерасстоянияипровелграндиозныйопытпопе-редачеэнергиитакимобразом.Нарасстоянии40кмотпередатчикабылизажжены200электрическихлампочек.Наweb-сайтеассоциацииWPC[3]данакраткаяинформацияопринципеработысистемыпередачиэнергиибезпроводов(рис.2).Системасостоитизпередатчика,ккоторо-муподключенаобмоткапервичнойкатушкиL1,иприемной(вторичной)катушкиL2.Обекатушкиобразуютсистемусиндуктивнойсвя-зью.Переменныйток,протекаявобмоткепер-вичнойкатушки,создаетмагнитноеполе,ко-тороеиндуцируетнапряжениевприемнойка-тушке.Этонапряжениеможетбытьиспользо-ванодляпитаниямобильногоустройстваилидлязарядкиаккумулятора.ЭффективностьпередачиэнергиизависитоткоэффициентасвязиkмеждукатушкамииихдобротностиQ.Коэффициентсвязизависитотрасстояниямеждукатушкамиzисоотноше-ниядиаметровD2/Dкатушек,атакжеотфор-мыкатушекиугламеждуними(нарис.2непоказано).Эффективностьпередачиэнергиитакойси-стемойисследовалиДрисванВагенингениЭбергардВаффеншмидт,специалистыкомпа-нииPhilips[3].Нарис.3приведеныграфикизависимостиКПДсистемыбеспроводнойпередачиэнергииототношениярасстояниямеждукатушкамикдиаметрупервичнойкатушки(z/D)прираз-личныхотношенияхдиаметравторичнойка-тушкикдиаметрупервичной(D2/D)идоброт-ностикатушек,равнойQ=100.Изграфиковследует,чтоКПДсистемырезкопадаетприувеличенииотношенияz/D>1илиприотношениидиаметровкатушекD2/D<0.3.ВеличинуКПДболее90%можнополучитьприусловииz/D<0.1иD2/D=0.5...1.Этиисследованияпоказывают,чтопереда-чаэнергииспомощьюиндуктивнойсвязинабольшиерасстояниянеэффективнаитакаяси-стеманеможетиспользоватьсядляпередачибольшоймощности.Сдругойстороны,полу-ченныерезультатыпозволяютсделатьвыводотом,чтопередачаэнергиипрималомрасстоя-ниимеждупередатчикомиприемникоммо-жетбытьвесьмаэффективнойиконкуренто-способнойвсравненииспроводнымисистема-ми.Технологиябеспроводнойпередачиэнер-гиинамалыерасстоянияпозволяетсоздаватьустройства,сочетающиекомфортипростотуиспользованияссовременнымитребованиямикэнергосбережению.СтандартомQiпредусмотреныразличныеконфигурациисистемыбеспроводнойпереда-чиэнергии.Максимальнаямощность,переда-ваемаякприемнику,непревышает5Втприрасстояниимеждупередатчикомиприемни-комнеболее40мм.Структурнаясхемабазо-войсистемыбеспроводнойпередачиэнергииприведенанарис.4[4].Базоваястанциясодержитсистемныйблок,преобразующийэнергиюисточникапитанияпеременноготока(сетьпромышленнойчасто-ты)илиаккумуляторасцельюобеспеченияпитанияпреобразователейэнергии,системсвязииустройствуправления.Рис.2.ИллюстрацияпринципапередачиэнергиибезпроводовРис.3.ГрафикизависимостиКПДсистемыбеспроводнойпередачиэнергииотрасстояниямеждукатушкамиwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua8,август2012ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ
Процессподключениямобильногоутрой-ствадлявыполнениязарядкиаккумулятораилипитанияотбеспроводнойбазовойстанциипроходитвчетыреэтапаивключает:выборпе-редатчика;проверкудоступностипередатчикапутемпередачиемуспециальногосигнала;идентификациюустройстваиконфигурирова-ниережимаработы;передачуэнергиинамо-бильноеустройство.НаэтапевыборапередатчикаQi-совмести-моемобильноеустройствопередаетнаодинизпередатчиков(выбираетсяслучайнымобра-зом)базовойстанциизапрос.Каналсвязисо-держитобщиеэлементысканаломпередачиэнергии--первичнуюивторичнуюкатушки.Дляформированияиприемасообщенийпред-назначенысистемысвязииустройствауправ-ления.Навторомэтапеосуществляетсяпроверкадоступностипередатчика.Еслипередатчиксвободен,осуществляетсяпереходкиденти-фикацииустройстваиконфигурированиюре-жимаработыпередатчика.Вэтомрежимемо-бильноеустройствопередаетнабазовуюстан-циюинформациюонапряжениипитанияитокепотребления,чтобысконфигурироватьпередатчикбазовойстанции.Начетвертомэтапеосуществляетсяпере-дачаэнергииотвыбранногопередатчикаба-зовойстанциикприемникумобильногоустройства.Дляконтролярежимаработыпередатчикавводитсямониторингтока,протекающегоче-резпервичнуюкатушку(рис.5).Последова-тельнособмоткойпервичнойкатушкивклю-чаетсядатчиктока,которыйпередаетинфор-мациюовеличинетокавсхемууправления.Встандартепредусмотренонескольковариан-товструктурыпередатчика.Структурнаясхе-8,август2012ИСТОЧНИКИПИТАНИЯРис.4.СтруктурнаясхемабазовоговариантасистемыбеспроводнойпередачиэнергииРис.5.СтруктурнаясхемапередатчикаА1базовойQi-совместимойстанцииwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
ма,приведеннаянарис.5,соответствуетвари-антуструктурытипаА1.Встандартеоговореныпараметрыкатушек:внутреннийивнешнийдиаметр,числослоевобмотки,числовитковвслое,материалы,изкоторыхониизготавливаются(врекоменда-цияхприведеныусловныеобозначениямате-риалаифирмы-производители),иконструк-циякатушки.Выходныекаскадыпередатчиков(преобра-зователей)рекомендуетсястроитьпополумос-товойилимостовойсхеме.Длякаждоговидасхемыприведеныдопустимыезначениярабо-чейчастотыискважностиимпульсов.Напри-мер,дляполумостовойсхемырабочаячастотаравна205кГц,адлительностьимпульсатока--50%периодасигналапреобразователя.Допу-стимыйдиапазонизменениядлительностиим-пульсовот10до50%периодадлярегулировкипередаваемоймощности.Тамжеприведеныдопустимыезначениядиапазоновизменениячастотысигналапреобразованияитребуемаяточностьееперестройки,значениячастотывмоментинициализациипроцессапередачиэнергии[4].Системапередачиэнергииможетсодержатьнеодну,адвепервичныхкатушки(нарис.4втораякатушкапоказанапунктиром).Встан-дартеоговореновзаимноерасположениеэтихкатушек.Дляповышенияэффективностипере-дачиэнергиипредусмотреныразличныевари-антыподключенияконденсаторовпараллельнообмоткепервичнойкатушки.Этопозволяетформироватьрезонансныеконтурыназадан-ныхстандартомчастотах.Подробносположе-ниямистандартаможноознакомитьсяв[4].Длявыпускаэкономичныхипортативныхбеспроводныхзарядныхустройствнеобходимаспециализированнаяэлементнаябаза,кото-руюнескольковедущихкомпанийуженачаливыпускать.НамоментсозданияассоциацииWPCраз-работкивобластибеспроводныхтехнологийэлектропитаниявелимногиекомпании,носерийныеизделиясмоглиразработатьтолькоизраильскаякомпанияPowermatиамери-канскаяFultonInnovation.ДемонстрацияпервыхобразцовзарядныхбеспроводныхустройствпрошлавЛас-ВегасенавыставкеCES2009.Насегодняшнийденьмногиепроизводите-ли,входящиевальянсWPC,наладиливыпусккомпонентовдлябеспроводнойпередачиэнер-гии.Например,американскаякомпанияIDTвыпускаеткомплектиздвухмикросхем(рис.6)дляпостроениясистемыбеспроводнойпередачиэнергии:передатчикIDTP9030иприемникIDTP9020[5,6].В[6]достаточноподробноописанпротоколобменаданными,соответствующийтребова-ниямстандартаQi.Приведенофотооценочнойплаты(рис.7),разработаннойнабазепередат-чикаIDTP9030,построенногопоструктуретипаА1[4],иданыееосновныехарактеристи-ки.Дляпостроениязавершенногомодуляпе-Рис.7.Оценочнаяплатаимодульпередатчикасистемыбеспроводнойпередачиэнергии,построенногонабазеИМСкомпанииIDTРис.6.Структурнаясхемасистемыбеспроводнойпередачиэнергии,построеннойнабазеИМСкомпанииIDTwww.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua8,август2012ИСТОЧНИКИПИТАНИЯ
редатчикатребуетсявсего30компонентов,включаямикросхемупередатчикаIDTP9030.КомпанияTexasInstrumentтакжеразрабо-талакомплектмикросхемдляпостроениябес-проводныхзарядныхустройств[7].Этопере-датчикbq500210иприемникbq5101х.Струк-турасистемыбеспроводнойпередачиэнергии,построеннойнабазевыпускаемыхкомпаниейTexasInstrumentsИМС,приведенанарис.8.Отличительнойособенностьюэтогоком-плектаявляетсято,чтодляподключениямо-бильногоустройствакбеспроводномузарядно-муустройствудостаточновсегоодноймикро-схемыbq5101хх,навыходекоторойформиру-етсянапряжение+5В,вторичнойкатушкиинесколькихнавесныхэлементов[7].Функцио-нальнаясхемаисхемывключенияприемникаприведеныв[7].ВыходнойтокИМС--до1.5А.Габаритныеразмерыприемника1.9 3ммвкорпусеDSBGи4.5 3.5ммвкорпусетипаQFN.Многиепроизводителимобильныхустройствидругихгаджетовначаливыпускбеспровод-ныхQi-совметимыхзарядныхустройств.Ком-панияLGвыпустилазарядноеустройствоLGWCD-800[8],выполненноевформеподставкиисовместимоесустройствами,поддерживаю-щимистандартпередачиэнергииWirelessPowerConsortium.Оновыполненовформеподставки,накото-руюможноустанавливатьсмартфонвдвухпо-ложениях:вертикально,чтобыпокаонзаря-жаетсяможнобылоосуществлятьвидеозвон-кииотправлятьтекстовыесообщения,илиго-ризонтально,чтобысмотретьвидеоилислайд-шоу(рис.9).Зарядкаосуществляетсяпутемустановкисмартфонанаподставкушириной75.8мм.ВпервомполугодииэтогогодазарядноеустройствоWCD-800поступиловпродажусначалавКорее.КомпанияPhilipsвыпустилазарядноеустройствоDLP7210B(рис.10),котороеобес-печиваетзарядкуустройствлюбыхмароксподдержкойтехнологииQi.Большинствосо-вместимыхустройствзаряжаютсяотпанелименеечемза3часа.ВсмартфонахiPhone4и4Sужепредусмот-ренаподдержкастандартаQiиихможнопростопомещатьнаповерхностьзарядногоустройстваDLP7210b.Нотаккакбольшинствомобильныхтелефоновисмартфоновнасегодняшнийденьнеподдерживаюттехнологиюбеспроводнойза-рядки,тодлянихкомпанияPhilipsвыпустиласпециальныйчехол(рис.10).Мобильныйтеле-фонпомещаетсявчехол,которыйспомощьюразъемасоединяетсясцепьюзарядателефона,затемчехолпомещаетсянаповерхностьзаряд-ногоустройства.Приразмещенииустройстваназаряднойпанеликакподтверждениепро-цессазарядкивверхнейчастипанелизагора-етсяголубойсветовойиндикатор.Этоговоритотом,чтозащищенноеподключениеосу-ществляетсяиустройствозаряжаетсявнор-мальномрежиме.КомпанияMaxellтакжевыпустилабеспро-водноезарядноеустройство(рис.11).Многиепроизводителиготовятквыпускуподобныеустройства.КомпанияGeneralMotorsобъявилаотом,чтоначнетустанавливатьнасвоиавтомобили8,август2012ИСТОЧНИКИПИТАНИЯРис.8.Структурнаясхемасистемыбеспроводнойпередачиэнергии,построеннойнабазеИМСкомпанииTexasInstrumentsРис.10.БеспроводноезарядноеустройствоPhilipsDLP7210b(справа)ичехолдляустройств,неподдерживающихстандартQi(слева)Рис.9.БеспроводноезарядноеустройствоLGWCD-800www.ekis.kiev.uae mail:ekis@vdmais.kiev.ua
беспроводныезаряд-ныеустройствадлятелефоновссереди-ны2012г.иэтоначи-наниенавернякабудетраспространятьсясре-дидругихпроизводите-лейавтомобилей.Дляувеличе-ниячислапотре-бителейтакихустройствмногиемоделителе-фоновмогутбытьдоработаны.Например,можноустановитьприемникстандартаQiвкрышкутелефона,закрывающуюбатарейныйотсек.Предлагаютсяидругиевариантымо-дернизации.Например,разработатьспеци-альныеаккумуляторы,которыебудутиметьвстроенныеприемникистандартаQi.Попрогнозамэкспертовтехнологиябеспро-воднойзарядкибудетиспользоватьсянетоль-кодляобеспеченияработынаблизкомрас-стояниидо40мм,ноинарасстояниидоне-сколькихметров.Иисследовательскиеработывэтомнаправленииужепроводятся.ЛИТЕРАТУРА1.http://www.ixbt.com/news/hard/index.shtml?14/17/42.2.http://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_Power_Consortium.3.www.wirelesspowerconsortium.com.4.http://www.wirelesspowerconsortium.com/downloads/wireless-power-specification-part-1.html.5.http://www.idt.com/products/power-management/wireless-power.6.IntegratedApproachtoWirelessChargingTechnologyBodo'sPowerSystems,May2012.7.http://www.ti.com/lit/ds/slvsat9c/slvsat9c.pdf.8.http://chip.com.ua/1046958.html.9.http://www.philips.ua/c/cell-phone-acces-sories/dlp7210b_10/prd/.Рис.11.БеспроводноезарядноеустройствоMaxell8,август2012ИСТОЧНИКИПИТАНИЯwww.ekis.kiev.uaЭЛЕКТРОННЫЕКОМПОНЕНТЫиСИСТЕМЫ
ВВЕДЕНИЕ
Более 100 лет назад Вильгельм Ост
вальд (1853–1932) предложил источ
ник тока в виде реактора, в который
извне подаются топливо и окислитель
и в котором в результате реакции окис
ления восстановления происходит ге
нерирование электрической энергии
[1]. Большинство исследователей рас
сматривали такие топливные элемен
ты (ТЭ) как крупногабаритные источ
ники энергии с мощностью от единиц
киловатт до сотен мегаватт. Однако в
последние годы активно обсуждается
идея создания миниатюрных ТЭ и
энергоустановок на их основе для ис
точников питания портативной элек
троники, например, для замены тради
ционных никель металлгидридных и
литий ионных аккумуляторов в сото
вых телефонах, навигаторах, ноутбу
ках и т.п. [2].
Возможности совершенствования
никель металлгидридных и литий
ионных аккумуляторов в основном ис
черпаны, и по мере дальнейшего роста
потребностей в энергии их характе
ристики будут всё больше отставать от
требований портативных устройств.
Есть основания полагать, что создава
емые блоки питания на основе ТЭ смо
гут обеспечить в 2–3 раза большую
длительность автономной работы те
лефонов и компьютеров, чем совре
менные аккумуляторные батареи. Со
временем это превышение может стать
десятикратным.
Разработке микротопливных эле
ментов (МТЭ) придаётся большое зна
чение, в том числе, в рамках програм
мы «Боец 21 века» [3]. Различные облас
ти применения требуют источников
питания разной мощности. Так, для
МР3 проигрывателя требуется источ
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ник питания мощностью от 0,1 до 1 Вт,
в мобильных телефонах используются
батареи мощностью от 2 до 5 Вт, в ноут
буках – от 15 до 30 Вт; оснащение «Бой
ца 21 века» требует от 25 до 150 Вт.
Однако практическая разработка
МТЭ сопряжена с решением сложных
задач. Запас топлива предложено хра
нить и доставлять в реакторную зону с
помощью специальных картриджей. В
качестве топлива в МТЭ рекомендован
водород либо органические вещества,
например метанол. В качестве окисли
теля может использоваться кислород
воздуха.
В число компаний, активно разраба
тывающих ТЭ, входят Hitachi и Toshiba.
Американские фирмы тоже продемон
стрировали возможности технологии,
но в последнее время именно японс
кие компании добились значительных
успехов в этой области. Хотя большин
ство компаний демонстрируют за
казчикам действующие образцы ТЭ,
ни один из крупных поставщиков ещё
не заключил контракт на их произ
водство.
Один из крупнейших производите
лей ноутбуков, компания Toshiba, раз
рабатывает ТЭ прямого действия на ос
нове метанола (direct methanol fuel cell,
DMFC), который обеспечивает порта
тивному компьютеру примерно 5 ч
непрерывной работы от одного заря
женного картриджа. Новый элемент
размером 275 × 75 × 40 мм можно мно
гократно перезаряжать картриджами
с метанолом. По мнению аналитиков, в
ближайшем будущем разработки To
shiba вряд ли окажут существенное
влияние на рынок элементов питания.
Однако лучшие из современных тех
нологий традиционных элементов пи
тания – в силу химических ограниче
ний – допускают повышение их пара
метров всего на 15...25%, поэтому ТЭ
представляются более эффективными
источниками питания для портатив
ных устройств.
Прежде чем технологии ТЭ смогут
получить широкое распространение,
разработчикам придётся решить ряд
технических и технологических проб
лем, таких как подача топлива, выве
дение продуктов реакции, миниатю
ризация узлов и высокая стоимость ма
териалов.
Фирма Toshiba сообщила, что она ре
шила проблему миниатюризации, из
менив способ разбавления метанола
водой для достижения оптимальной
концентрации. Оптимальная концен
трация метанола в ТЭ составляет 3...6%.
Для хранения топлива с такой концен
трацией требуется ёмкость, которая
слишком велика для мобильных уст
ройств. Компания вышла из положе
ния, разработав систему разбавления
метанола водой в процессе работы
топливного элемента, что позволяет
хранить более концентрированное
топливо в картриджах меньшего раз
мера.
Современные МТЭ могут работать
при низких температурах. Верхний
предел их мощностей не должен пре
вышать сотен ватт, а нижний предел
соответствует долям ватта. Диапазон
мощностей определяет и сам МТЭ.
Если удельная мощность составляет
100 мВт/см2, то рабочая поверхность
электродов должна варьироваться в
пределах от единиц до тысяч квадрат
ных сантиметров. Геометрические раз
меры элемента определяет не только
поверхность, на которой происходят
электрохимические реакции, но и
пространство, занимаемое топливом,
средствами его подачи, средствами
контроля и непосредственно корпу
сом ТЭ. В то же время нежелательно,
чтобы элемент был объёмнее и тяже
лее того агрегата, который он питает.
Микротопливный элемент – это
всегда сборка (батарея) единичных
элементов. При этом каждый отдель
ный ТЭ – это максимально тонкий эле
мент, состоящий из материала, соче
Современное состояние и тенденции развития
микротопливных элементов
Виталий Гринберг, Александр Скундин,
Евгений Нижниковский (г. Москва)
В статье представлены результаты исследований в области
перспективных микротопливных элементов (МТЭ). Рассмотрены
новейшие кремниевые микро и нанотехнологии, технологии получения
наноструктурированных катализаторов, вопросы конструирования МТЭ
мощностью 0,5...20 Вт. Описаны боргидридные МТЭ, комбинированные
(гибридные) системы и МТЭ со смешанным реагентом. Представлены
результаты электрохимических испытаний макетов МТЭ.
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 1 2012
© СТА ПРЕСС

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
тающего в себе свойства газораспре
делительного и газодиффузионного
слоёв, коллектора тока, держателя
электролитической мембраны и носи
теля электрокатализатора. Таким мате
риалом может быть мелкопористый
кремний.
КОНСТРУКТИВНЫЕ
ОСОБЕННОСТИ МТЭ
В работе [4] приведены варианты
конструкции водородных МТЭ, поз
воляющих использовать источники
водорода из водного раствора бор
гидрида натрия и из металлических
гидридных систем. Разработаны МТЭ
различных конструкций, с использо
ванием тонкоплёночной техники для
создания движущихся потоков топ
лива и окислителя, с токоподводами
и каталитическими слоями на крем
ниевой основе и свободно прикреп
лённым электролитом из плёнки «На
фион».
Использование кремния в качестве
конструкционного материала оказа
лось очень удобным, так как можно
адаптировать отработанную полупро
водниковую технологию для изготов
ления коллекторных плат. Для этого
в пластинах кремния вытравливают
каналы для подвода топлива и отвода
продуктов реакции и между этими
пластинами, служащими также токо
отводами, размещают мембранно
электродные блоки (МЭБ). Представ
ляется интересной односторонняя
конструкция, в которой на пластину
из кремния с упомянутыми каналами
попеременно нанесены слои анод
ного и катодного катализаторов с
межэлементными соединениями из
нитрида кремния, а сверху на всю эту
сборку установлена ионообменная
мембрана. В этом случае кремний,
имеющий достаточно высокое сопро
тивление, препятствует появлению
токов утечки.
Компания Neah использовала в ТЭ
многослойные кремниевые ИС, про
низанные порами, и разработала ТЭ
для стандартного ноутбука на восьми
пористых ИС, который по габаритам
не превосходит литий ионную бата
рею. Вместе с тем компания признаёт,
что работа находится на начальной
стадии.
Конструкция электродов на основе
кремниевых технологий предусматри
вает наличие газотранспортного кана
ла, газораспределительных каналов
пор и сепарирующей водород палла
диевой мембраны на дне газотранс
портного канала [5]. С противополож
ной стороны газотранспортного кана
ла на пористой поверхности кремния
сформирован каталитический слой на
основе платины.
В качестве электролита использова
на плёнка, полученная из 5 % раствора
мембраны «Нафион» в спирте. При
толщине 25 мкм плёнка обеспечивала
проводимость на уровне 1 мСм/см и
выше, при увлажнении от 15 до 100%.
СПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯ
КАТАЛИТИЧЕСКИХ СЛОЁВ
В МТЭ
Работоспособность МТЭ в значи
тельной степени зависит от эффектив
ности работы катализатора. Каталити
ческие слои на протонпроводящую
мембрану предложено наносить путём
распыления каталитических чернил
(катализатор на углеродном носителе
в смеси с жидким «Нафионом»). Роль
углеродного носителя сводится не
только к обеспечению электрического
контакта между ультрадисперсным на
нокластерным катализатором и элек
тродом ТЭ, но также к стабилизации
наноструктуры катализатора и улуч
шению его электрокаталитических ха
рактеристик.
Для снятия диффузионных ограни
чений используется газодиффузион
ный электрод, который обычно состо
ит из гидрофобизированной углерод
ной бумаги, прикреплённой горячим
прессованием к мембране с нанесён
ным катализатором. В последнее время
для снижения закладок драгметаллов и
получения ультратонких слоёв элек
трокатализаторов используют ваку
умное физическое и химическое на
пыление, а также электрохимическое
осаждение катализаторов, которое рез
ко уменьшает стоимость изделий и по
вышает коэффициент использования
катализатора. С помощью вакуумного
напыления можно создавать тонкие и
сложные по форме каталитические
слои непосредственно на поверхности
мембраны.
Разработки МТЭ не сводятся к умень
шению размеров топливного элемен
та. Для получения больших напряже
ний ТЭ соединяют в батареи. Вместе с
уменьшением размеров единичного
элемента, такой подход приводит к за
метному росту стоимости. Поэтому
вместо традиционных методов (резки,
склейки, приварки, скручивания) при
меняют методы планарной техноло
гии, включающие фотолитографию,
вакуумное осаждение и другие мето
ды, используемые в электронной тех
нике.
КОНСТРУИРОВАНИЕ МТЭ
МОЩНОСТЬЮ 0,5...20 ВТ
Конструирования МТЭ началось с
работ профессора Клауса Йенсена из
Массачусетского технологического
института, который адаптировал об
щепринятые для микротопливных
элементов технологии, использую
щие кремний, в качестве основы для
сборки топливного элемента. В сло
истую структуру входит протонооб
менная мембрана «Нафион», где ката
лизатор нанесён на мембрану в виде
«чернил».
Была предпринята попытка умень
шить омические потери и интегриро
вать кремний в конструкцию МТЭ. В
работе [5] проанализированы резуль
таты исследований, цель которых со
стояла в разработке конструкций МТЭ
и базовых технологий их изготов
ления, основанных на использова
нии кремниевых микротехнологий и
технологий получения нанострукту
рированных катализаторов. В этой ра
боте в качестве основного варианта
следует рассматривать ТЭ с твёрдопо
лимерной протонпроводящей мембра
ной (ТПТЭ), которая разделяет анод
ную и катодную стороны (см. рис. 1). В
ТПТЭ на анодной стороне происходит
реакция окисления топлива – либо га
зообразного (водород), либо жидкого
(метанол, этанол, глицерин, этилен
гликоль). На стороне катода идёт ре
акция восстановления кислорода
воздуха. Обе реакции протекают с
участием катализаторов, в качестве ко
торых чаще всего используется плати
на или её сплавы.
Интерес к использованию кремния
обусловлен также его высокой хими
Электролит
Катализатор
H+
Пористый
катод
Воздух (О2)
Пористый
анод
+
е
Нагрузка
Н2О,
избыточный
воздух
4H+
+O2+4e→2H2O
2H2→4H
+
+4e
Топливо
Н2
–
Рис. 1. Принципиальная схема
водородно воздушного МТЭ
Показаны реакции, протекающие на аноде
и катоде
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 1 2012
© СТА ПРЕСС

ческой стойкостью, технологичнос
тью, возможностью получать порис
тые структуры с развитой поверх
ностью, управлять электропровод
ностью объёма и гидрофильностью
поверхности таких структур, а также
возможностью использовать базовые
технологии микроэлектроники.
Получение электродов из макропо
ристого кремния осуществлялось мето
дом электрохимического травления. В
качестве исходного материала исполь
зовались пластины кремния проводи
мости n типа толщиной 200...400 мкм.
Травление производилось в растворе
плавиковой кислоты и этанола при ос
вещении обратной стороны образца
(см. рис. 2). При плотности тока травле
ния 3...7 мА/см2 скорость травления
составляла 0,6...0,9 мкм/мин, а макси
мальная глубина получаемых пор –
180...220 мкм. После электрохимичес
кого травления проводилось «вскры
тие» пор путём шлифовки и полировки
обратной стороны пластины.
При изготовлении электродов из по
ристого кремния необходимо контро
лировать их проводимость. Для повы
шения электропроводности использо
валось диффузионное легирование
образцов из газовой фазы в окисли
тельной атмосфере (на воздухе). С учё
том того, что толщина стенок между
порами не превышает 4 мкм и диффу
зия в стенки идёт равномерно со всех
сторон, обеспечивалось сквозное на
сыщение макропористого кремния
легирующей примесью высокой кон
центрации. В результате легирования
минимальные значения удельного
сопротивления образцов достигали
103 Ом/см.
Катализаторы на основе наночас
тиц платины были сформированы с
помощью нового метода лазерного
электродиспергирования, основанно
го на абляции металлической мишени
под воздействием мощного импульс
но периодического лазера. Покрытия,
состоящие из наночастиц платины, на
носились на поверхность пористых
кремниевых электродов, полимерные
мембраны и на углеродные носители.
Средний размер наночастиц платины
составлял 1,8 нм, что обеспечило ис
ключительно высокую активность по
лученных катализаторов в реакциях,
протекающих на аноде и катоде воз
дух водородных МТЭ.
На рисунке 3 представлены характе
ристики «напряжение – ток» и «мощ
ность – ток», измеренные в МТЭ с
электродами из макропористого крем
ния, на которые нанесён расширен
ный активный слой. Структура мем
бранно электродной сборки соответ
ствует схеме, показанной на рисун
ке 1; сборка осуществлялась путём тер
мокомпрессии электродов к протон
проводящей мембране («Нафион 112»)
толщиной 100 мкм. ЭДС холостого
хода (около 0,9 В) практически не за
висела от числа слоёв в расширенной
активной зоне.
Проведённые исследования показа
ли, что, несмотря на чрезвычайно вы
сокую удельную активность получен
ных платиновых нанокатализаторов,
нанесение наночастиц платины не
посредственно на кремниевый элек
трод или на мембрану не позволяет
достичь величин удельной мощности
МТЭ более 100 мВт/см2. Причина в том,
что наночастицы платины с размера
ми 1,8 нм образуют на гладкой поверх
ности кремниевых электродов (или
мембран) очень плотные покрытия, га
зопроницаемость которых ограниче
на и в которых трудно создать условия
для эффективного транспорта прото
нов (см. рис. 4а).
Для увеличения удельной мощности
МТЭ авторами была предложена кон
цепция «расширенного активного
слоя», т.е . структуры, в которой эффек
тивно используется большое количе
ство частиц катализатора, что создаёт
лучшие условия для подвода газов и
для транспорта протонов. В одном из
вариантов расширенного активного
слоя использованы «промежуточные»
слои из частиц углерода, размер кото
рых значительно превышает размер
наночастиц платины (см. рис. 4б). Как
показано на рисунке 4, для обеспече
ния протонной проводимости расши
ренный активный слой должен быть
«пропитан» протонпроводящим поли
мером «Нафион».
Метанольно воздушный МТЭ, ис
пользующий в конструкции микро
электромеханическую систему (МЭМС),
создан компанией Motorola. Вся уста
новка состоит из трёх основных бло
ков: ёмкости с метанолом весом 350 г
и объёмом 413 см3, батареи топливных
элементов весом 180 г и объёмом
87 см3 и блока контроля, автоматиза
ции, регулирования и подготовки топ
лива весом 155 г и объёмом 416 см3. Ба
тарея состоит из шести последова
тельных элементов, рассчитанных на
рабочее напряжение 0,5 В, таким обра
зом, общее напряжение батареи состав
ляет 3 В. Номинальная мощность бата
реи 2 Вт. В батарее использованы МЭБ
с мембраной «Нафион» и электродами,
активированными платиновым ка
тализатором. Номинальная рабочая
плотность тока составляет 40 мА/см2. В
блоке контроля находится камера под
готовки топлива, в которую с помощью
микронасоса с пьезоприводом подаёт
ся метанол . Другой микронасос непре
рывно прокачивает 4 % раствор мета
нола через анодные камеры топливных
элементов. Третий насос прокачива
ет атмосферный воздух через катод
ные камеры. Отходящие из камер газы
проходят сепарацию, и неизрасходо
ванный метанол возвращается в каме
ру подготовки топлива. Продукты ре
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Pt электрод
HF + C2H5OH
Освещение
+
Пластина Si
Рис. 2. Схема ячейки
для фотоэлектрохимического травления
кремния
1,0
0,5
0
180
Мощность, мВт/см2
Напряжение, В
90
0
1000
500
Плотность тока, мА/см2
0
Рис. 3. Характеристики МТЭ с расширенным
активным слоем, нанесённым на электроды
из пористого кремния
Загрузка платины 48 мкг/см2, температура 20°C
Пористый Si
Pt
а)
б)
Сажа
Рис. 4. Каталитические покрытия на электроде
из пористого кремния
а) Плотное покрытие из наночастиц платины
размером 1,8 нм (количество катализатора
ограничено); б) расширенный активный слой
из частиц сажи (50 нм) в смеси с полимером
«Нафион» и наночастицами платины (большее
количество катализатора и большая суммарная
активность)
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 1 2012
© СТА ПРЕСС

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
акции (углекислый газ и пары воды)
через клапан выбрасываются в атмо
сферу.
При небольшом расходе топлива в
0,55...1,38 мкл/мин удалось достичь
высокой эффективности ТЭ. Однако
снижение количества используемого
топлива требует поддержания посто
янной концентрации топлива, – толь
ко в этом случае достигается макси
мальная эффективность устройства.
При этом исследователям удалось соз
дать действительно компактный ТЭ,
толщина которого составляет всего
0,17 см, объём 0,03 см3, а вес не превы
шает 110 г.
Таким образом, важнейшими отли
чительными особенностями ТЭ mic
roDMFC являются: высокая эффектив
ность во время работы при комнатной
температуре, возможность изготов
ления топливной ячейки с исполь
зованием стандартных технологий из
готовления микросхем (например,
КМОП), возможность отказа от слож
ных помповых насосов. Миниатюр
ные размеры позволяют использовать
ТЭ для питания MEMS и NEMS уст
ройств.
Предложен ряд толерантных по от
ношению к метанолу катодных ката
литических наносистем для электро
восстановления кислорода на основе
металлхалькогенидных кластеров, об
ладающих высокой электрокаталити
ческой активностью и стабильностью
[6–10].
ТИПЫ ТОПЛИВА ДЛЯ МТЭ
Если для крупногабаритных топлив
ных элементов наиболее удобным ви
дом топлива является газообразный
водород, то для МТЭ целесообразно
применять жидкое топливо. Стандарт
ные теоретические напряжения Ео и
теоретические удельные энергии при
ведены в таблице.
Хотя в литературе обсуждался ши
рокий набор разнообразных видов
жидкого топлива, на практике суще
ствуют два варианта – метанол и раст
вор боргидрида натрия. В обоих случа
ях рассматривают конструктивные
варианты МТЭ не со свободным, а с
матричным или мембранным элек
тролитом.
Метанол используется, как правило,
с кислым электролитом. Уравнение ре
акции окисления метанола на аноде
ТЭ в этом случае имеет вид СН3ОН +
+Н2О→6Н++6е+СО2.НакатодеТЭ
происходит восстановление кислоро
да (источником кислорода обычно
служит атмосферный воздух) по реак
ции1,5О2+6Н++6е→3Н2О.
Таким образом, при нормальном
функционировании метанольно воз
душного ТЭ в него должен подаваться
воздух, а из него должны удаляться
продукты реакции – углекислый газ и
пары воды, при этом часть воды долж
на переноситься от катода к аноду.
Электролит должен иметь протонную
проводимость. Основным преимуще
ством метанольных топливных эле
ментов является высокая теоретичес
кая удельная энергия метанола, кото
рая составляет около 6 кВтч/кг и около
5 кВтч/л.
Боргидрид используется со щелоч
ным электролитом. Реакция анодного
окисления боргидрида описывается
уравнением ВН4
–
+ 8ОН–
→ ВО2
–
+6Н2О+
+ 8е. Кислород в щелочной среде вос
станавливается по уравнению О2 +
+2Н2О+4е→4ОН–
. Таким образом,
при работе боргидридного ТЭ образу
ется вода и растворимый в щелочном
растворе метаборат, без выделения га
зообразных продуктов. Электролитная
мембрана в этом случае должна иметь
проводимость по ионам гидроксила. В
отличие от элементов с кислым элек
тролитом (метанольно воздушных), в
данном случае вода образуется на от
рицательном электроде и потребляет
ся на положительном электроде. Таким
образом, поддержание водного балан
са в боргидридном элементе имеет та
кое же значение (с аналогичными со
путствующими проблемами), как в ме
танольном элементе.
Теоретическая удельная энергия бор
гидрида составляет около 9,3 кВтч/кг.
Впервые боргидридный топливный
элемент был описан в середине прош
лого века. Тогда же были получены об
надёживающие результаты. Однако в
последующие 30 лет исследования в
этом направлении практически не
проводились из за трудностей реали
зации полного окисления боргидрида
с образованием метабората и выделе
нием 8 электронов на один ион бор
гидрида.
На малоэффективных электроката
лизаторах анодное окисление бор
гидрида протекает с ничтожно малой
скоростью. На «хороших» электрока
тализаторах, наряду с описанным вы
ше восьмиэлектронным процессом,
протекает процесс каталитического
разложения боргидрида и процесс
его неполного окисления по уравне
нию ВН4
–
+ 4ОН–
→ ВО2
–
+2Н2О+2Н2+
+ 4е. Протекание обоих процессов
снижает кулоновскую эффектив
ность и, в конечном счёте, удельную
энергию, а также приводит к необхо
димости организовать безопасный
отвод водорода.
Исследования механизма анодного
окисления боргидрида показали, что
удачным вариантом электрокатализа
тора для анодного окисления боргид
рида может быть золото, и в 1998 г. был
запатентован топливный элемент с
анодом, активированным золотым ка
тализатором. Аноды в таком элементе
были изготовлены из карбонизован
ной ткани, на которую нанесены мик
рочастицы сплава, содержащего 97%
золота и 3% платины. При температу
ре 70°С и плотности тока 124 мА/см2
напряжение на макете ТЭ состави
ло 0,5 В.
На рубеже тысячелетий интерес к
боргидридным ТЭ возродился. В по
следнее время использование в МТЭ
водорода, полученного путём рефор
минга из органического топлива (в
частности, из метанола) или путём ка
талитического разложения твёрдых
восстановителей (например, борогид
рида натрия), широко обсуждается в
литературе, поскольку эффективность
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 1 2012
© СТА ПРЕСС
Теоретические параметры некоторых систем с воздушным электродом при 298°К
Среда
Топливо
Реакции
Ео, В
Втм, кВч/кг
Втл, кВч/л
Щелочная
LaN5H6
LaN5H6 + 1,5O2 = LaN5 + 3H2O
1,3
0,48
3,17
TiFeH2
TiFeH2 + 0,5O2 = TiFe + H2O
1,3
0,67
9,6
TiV2H3
TiV2H3 + 1,5O2 = 2TiV2 + 3H2O
1,3
0,68
3,74
Zn
Zn+0,5O2=ZnO
1,64
1,34
12,1
N2H5OH
N2H5OH +O2 = N2 + 3H2O
1,61
5,4
5,4
MgH2
MgH2+O2=MgO+H2O
1,6
6,5
–
AlH3
AlH3 + 3O2 = Al2O3 + 3H2O
1,6
8,57
–
NaAlH4
NaAlH4 + 2O2 = NaAlO2 +2H2O
1,6
9,03
–
NaBH4
NaBH4 + 2O2 = NaBO2 + 2H2O
1,6
9,3
–
Кислая
H2
2H2+O2=2H2O
1,23
5,4
–

ТЭ на основе водорода и их удельные
характеристики значительно выше,
чем топливных элементов на основе
прямого электроокисления метанола
или боргидрида.
Предложены каталитически актив
ные кластерные Pt–Sn анодные элек
трокатализаторы для прямого элек
троокисления этанола [11]. В рабо
тах [12–14] описаны высокоактив
ные электрокатализаторы на осно
ве наноструктурированных систем
Ru–Ni–F (Ni : Ru = 10 : 1), содержа
щие фтор для окисления боргидрида
натрия. Получены патенты на катод
ные и анодные кластерные электро
катализаторы для прямого окисле
ния боргидрида натрия и на порта
тивные источники тока на основе
прямого электроокисления боргид
рида натрия [15–20].
ПОДАЧА ТОПЛИВА В МТЭ
Наиболее удобно хранить жидкий
чистый метанол. Однако для работы в
ТЭ необходимо применять раствор
метанола с концентрацией, находя
щейся в определённых пределах –
обычно 0,5...2,0 М, что соответствует
1,6. . .6,4 %. Превышение концентра
ции приводит к увеличению кроссо
вера (проникновению метанола че
рез электролитную мембрану к катоду
с потерей части метанола и отравле
нием катодного катализатора). Умень
шение концентрации метанола при
водит к росту концентрационной
поляризации и ограничению макси
мально допустимого тока. Важно, что
метанол из ёмкости с чистым метано
лом должен подаваться в анодную ка
меру в растворе оптимальной концен
трации, со скоростью, пропорцио
нальной току нагрузки.
Были разработаны сложные мини
атюрные системы подачи топлива,
состоящие из микронасосов, датчи
ков концентрации метанола и систе
мы электронного управления. Боль
ший интерес представляет капил
лярная подача топлива с помощью
фитилей, которые хорошо смачива
ются метанолом и гораздо хуже сма
чиваются водой и разбавленными
растворами метанола. По такому фи
тилю метанол подаётся из ёмкости
(картриджа) в анодную камеру. Про
тивоток в этом случае практически
исключён.
При использовании в качестве топ
лива боргидрида натрия удобнее все
го хранить его в твёрдом состоянии.
Однако автоматическое приготовле
ние раствора создаёт большие труд
ности, поэтому целесообразно карт
риджи для такого ТЭ заправлять
концентрированным раствором бор
гидрида натрия в концентрирован
ном растворе щёлочи. Специальные
методы подачи раствора боргидрида
в анодную камеру МТЭ пока не разра
ботаны.
Существенное отличие боргидрид
ного МТЭ от его метанольного аналога
состоит в том, что один из продуктов
реакции боргидридного элемента –
метаборат натрия – не может выво
диться в газообразном состоянии. Сле
довательно, длительное функциони
рование боргидридного МТЭ возмож
но лишь при условии периодической
замены не только картриджей со све
жим раствором боргидрида, но также и
картриджей с раствором метабората
натрия. Эта конструктивная проблема
не решена до сих пор.
КОМБИНИРОВАННЫЕ
(ГИБРИДНЫЕ) СИСТЕМЫ
Существенное отличие МТЭ от пер
вичных элементов и аккумуляторов
состоит в том, что высокие массогаба
ритные характеристики ТЭ достига
ются лишь при малых нагрузках. По
пытка создания ТЭ, выдерживающих
пиковые нагрузки, приводит к суще
ственному увеличению их объёма и
веса. Максимальный срок службы ТЭ
(как в микро , так и в макроисполне
нии) достигается при их работе на
постоянную нагрузку. Поэтому це
лесообразно создание комбиниро
ванных блоков питания на основе
топливных элементов и буферных
аккумуляторов (например, литий ион
ных). В таком «гибридном» вариан
те ТЭ работают с постоянной мощ
ностью, а аккумуляторы служат для
сглаживания нагрузок: при энергопо
треблении выше среднего аккумуля
торы разряжаются, а при работе с ма
лыми нагрузками, а также при отклю
чении нагрузки происходит их заряд.
В работе [21] проведено сравнение
традиционного блока питания ноут
бука, состоящего из батареи литий
ионных аккумуляторов с энергозапа
сом 30 Втч и зарядного устройства, а
также гибридного блока питания, со
стоящего из батареи МТЭ мощностью
10 Вт и буферной батареи литий ион
ных аккумуляторов с энергозапасом
15 Втч. Было показано, что в этом слу
чае объём гибридной системы при
мерно в шесть раз меньше, чем объём
традиционного блока питания.
Дополнительные возможности пре
доставляют появившиеся в последние
годы мощные аккумуляторы фирмы
«КОКАМ» с током разряда до 20 Сн [22,
23], а также аккумуляторы компании
«Альтаир нано» (www.altairnano.com),
разряжающиеся током до 100 Сн. Их
использование в блоках питания в па
ре с ТЭ позволит реализовать высокие
пиковые нагрузки. Заметим, что акку
муляторы компании «Альтаир нано»
созданы с применением нанотехноло
гий и наноматериалов. Особенности
конструирования и эксплуатации ли
тий ионных аккумуляторов, а также
требования к автономным блокам пи
тания радиоэлектронной аппаратуры
описаны в [23].
НОВЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОРОВ
МТЭ
При создании водородно кисло
родных ТЭ основной задачей явля
ется поиск достаточно эффективно
го катализатора для кислородного
электрода. В последних разработках
применяют бинарные системы, со
стоящих из платины с другим пере
ходным металлом, в частности, ко
бальтом, хромом, никелем, вольфра
мом и т.д . Для снижения расхода
платины эти материалы используют
ся в виде нанокластерных частиц, на
несённых на носитель.
Хотя к настоящему времени техно
логия производства ТЭ на жидком и га
зообразном топливе, в частности на ме
таноле и водороде, в целом разработа
на, всё ещё остаются принципиальные
проблемы, без решения которых невоз
можно перейти к промышленному
выпуску метанольно воздушных и
водородно воздушных ТЭ, предназна
ченных для питания портативных уст
ройств. Наиболее важной задачей яв
ляется создание эффективных электро
катализаторов, которые обеспечили бы
длительную (несколько тысяч часов)
работу топливных элементов без ухуд
шения характеристик.
Электрокатализаторы для кислород
ного (воздушного) электрода должны
быть нечувствительными к отравляю
щему воздействию метанола, окисле
ние которого на платиновом катоде
приводит к снижению его потенциа
ла и характеристик ТЭ в целом.
С целью повышения эффективнос
ти катализаторов реакции восстанов
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 1 2012
© СТА ПРЕСС

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ления кислорода широко исследуют
ся многокомпонентные, в частнос
ти, бинарные металлические нанораз
мерные системы на основе платины
(Pt–Co, Pt–Ni, Pt–Сr, Pt–Fe и др.), кото
рые являются толерантными к органи
ческим примесям.
Таким образом, выясняется сущест
венная роль не только халькогенидно
го атома, но и атома второго металла –
партнёра платины. Изменения в соста
ве поверхностного слоя PtMn2S2 не
сказываются заметным образом на его
электрохимических характеристиках,
и такой катализатор остаётся более
активным, чем PtFe2S2. При этом оба
катализатора более активны, чем Pt2S,
не содержащий второго металла. Та
ким образом, можно предположить,
что активация кислорода происходит,
главным образом, на платиновых
центрах, что и обеспечивает высокую
активность таких гетерометаллхалько
генидных систем.
Исследования по электрокатализа
торам для анодного окисления мета
нола продолжаются около 40 лет, но
лучшим катализатором остаётся сис
тема платина–рутений. Основные
усовершенствования последних лет
свелись к разработке технологичес
ких приёмов, позволяющих приго
товить нанесённые платино рутени
евые наноразмерные катализаторы
так, что расход платины удалось
снизить с 10 мг/см2 примерно на по
рядок. Однако проблема создания
эффективного электроктализатора
для метанольного анода всё ещё акту
альна.
КОМПАКТНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ СО СМЕШАННЫМ
РЕАГЕНТОМ
Компактные ТЭ со смешанным ре
агентом являются новым важным
подходом к созданию МТЭ [24]. В
отличие от обычных ТЭ, которые ра
ботают с использованием активных,
но неселективных электрокатализа
торов, компактные топливные эле
менты со смешанным реагентом,
которые известны уже полвека, ис
пользуют способности анодных и
катодных электрокатализаторов раз
делять электрохимическое окисле
ние топлива и восстановление окис
лителя. В этом случае отсутствует не
обходимость в пространственном
разделении топлива и окислителя и
значительно упрощается конструк
ция МТЭ.
Компактные ТЭ со смешанным реа
гентом представляют совершенно но
вую концепцию, в которой смесь топ
лива и окислителя протекает через
систему анод – пористая электролит
ная матрица – катод. Эта система мо
жет быть моноэлементной (в виде на
бора пакетов или параллельных па
кетов), с планарной, трубчатой или
другой геометрией. Вне зависимости
от электролита и типа ТЭ, для эффек
тивной работы топливного элемента
со смешанным реагентом анодные и
катодные электрокатализаторы долж
ны быть действительно селективными,
т.е. анод должен быть активным в реак
циях окисления топлива и толерант
ным к кислороду, а катод должен быть
активным к восстановлению кислоро
да и толерантным к топливу.
Селективность катализаторов в ТЭ со
смешанным реагентом необходима
для минимизации смешанных потен
циалов на электродах, которые будут
уменьшать напряжение элемента, а
также для оптимизации КПД преобра
зования в электричество. В последнее
время появились селективные анод
ные и катодные наноэлектроката
лизаторы. Развитие исследований в
области компактных ТЭ открывает
перспективы для их коммерческого
использования.
Современная техническая литерату
ра по МТЭ весьма обширна. Хорошим
путеводителем и справочным руковод
ством может служить интернет ресурс
www.knowledgepress.com. Зарегистри
рованы патенты, посвящённые как
технологии МТЭ, так и современным
электрокатализаторам, видам топлива
и типам мембран [22, 25, 26].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
К настоящему времени достигнуты
значительные успехи в разработке
МТЭ, что позволяет рекомендовать их
для питания массовой портативной
электронной аппаратуры. Прогно
зы использования МТЭ весьма опти
мистичны. Так, фирма Pike Research
(http://www.pikeresearch.com/news
room) подчёркивает, что, несмотря на
экономическую рецессию, в 2010 г. в
мире возросло производство топлив
ных элементов (в денежном выраже
нии прирост составил 740 млн. долл.
США). В то же время разработчики
столкнулись со сложными проблема
ми, которые необходимо решить для
того, чтобы МТЭ выдержали конкурен
цию с другими источниками тока, в
частности, с литий ионными и литий
полимерными аккумуляторами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ostwald W.F. Elektrochemie. 1894. Bd. 1 . S. 122.
2. Narayan S.R., Valdez T.I. Interface. 2008. V. 17.
No. 4. P. 40.
3. Patil A.S ., Dubois T.G ., Sifer N., Bostic E., Gard
ner K., Quah M., Bolton C. J . Power Sources.
2004. V. 136. P. 220.
4. Wainright J.S., Savinell R.F., Liu C.C ., Litt M. Elec
trochim. Acta. 2003. V. 48. P. 2869.
5. Забродский А.Г., Гуревич С.А., Кожевин В.М .
и др. Альтернативная энергетика и эколо
гия. 2007. No 2(46). С . 54.
6. Гринберг В.А ., Кулова Т.Л., Скундин А.М .
и др. Электрохимия. 2007. Т. 43. No 1 .
С. 72–76.
7. Гринберг В.А ., Кулова Т.Л., Майорова Н.А .
и др. Электрохимия. 2007. Т. 43. No 1 .
С. 77 –86.
8. Grinberg V.A., Kulova T.L ., Skundin A.M., Pasyn
skii A.A. Patent application 20070078052.
April 5, 2007. RU2004129396. Oct 5, 2004.
9. Law C.G., Grinberg V.A., Kulova T.L., Skundin A.M .,
Pasynskii A.A . Patent application 20070111084,
May 17, 2007. RU2004129396. Oct 5, 2004.
10. Гринберг В.А., Пасынский А.А., Кулова Т.Л.
и др. Электрохимия. 2008 . Т. 44 . No 2.
С. 202–213.
11. Гринберг В.А ., Майорова Н.А ., Пасынский А.А .
Электрохимия. 2009. Т. 45. С. 1427.
12. Гринберг В.А., Майорова Н.А., Корлюков А.А .
и др. Электрохимия. 2010. Т. 46. No 11 .
С. 1377–1384.
13. Grinberg V., Mayorova N., and Pasynskii A.
218th ECS Meet. Las Vegas, NV.
14. Пасынский А.А., Гринберг В.А., Конченко С.Н .
и др. Координационная химия. 2010. Т. 36.
No 5. С. 359–365.
15. Гринберг В.А. Скундин А.М., Пасынский А.А.
и др. Патент РФ No 2401695 от 20.10.2010.
16. Гринберг В.А. Скундин А.М., Пасынский А.А.
и др. Патент РФ No 2396637 от 10.08.2010.
17. Гринберг В.А., Скундин А.М., Корлюков А.А .
и др. Патент РФ No 2404833 от 27.11 .2010.
18. Гринберг В.А ., Скундин А.М., Михайлова А.А .
и др. Патент РФ No 2396641 от 10.08.2010.
19. Гринберг В.А ., Скундин А.М., Михайлова А.А .
и др. Патент РФ No 2402117 от 20.10.2010.
20. Трусов Л.И ., Федотов В.П. В.Л ., Красько Л.Б .
и др. Патент РФ No 2396638 от 10.08.2010.
21. Dyer C.K . J . Power Sources. 2002 . V. 106. P. 31.
22. Нижниковский Е.А . Современная элек
троника. 2010. No 2 . C . 12–17.
23. Нижниковский Е.А. Портативные хими
ческие источники тока. «Спутник+», 2008.
24. Dyer C.K . Sci. Am. 1999. V. 281(1). P. 88.
25. Hockaday R.G. US Pat. No. 4 673 624. 1987.
26. Choi J., Lee E. S., Jang J. H., Seo Y. H., Kim B.
World Acad. of Sci., Engineering and Tech
nol. 2009. V. 56 . PP. 31–34.
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 1 2012
© СТА ПРЕСС

ВВЕДЕНИЕ
Параметры функционирования сис
темы управления аккумуляторной ба
тареей и самой батареи важно прове
рять по отдельности. Однако посколь
ку аккумуляторная батарея – это
далеко не идеальный источник энер
гии, она в значительной мере влияет
на функции управления зарядом и раз
рядом, взаимодействует с ними и вы
нуждает проверять батарею и схему
управления как законченную систему.
При оценке совокупности харак
теристик заряда батареи определяют
ся параметры, которые должны быть
оптимизированы, чтобы устройство
соответствовало целям разработки.
В число этих параметров входят:
● время заряда, уровень заряда и время
работы;
● срок службы и безопасность батареи;
● надлежащее управление состояния
ми отказа.
Аналогично при оценке профиля раз
ряда батареи или проведении испы
таний на разряд определяется ряд
ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
Проверка системы управления аккумуляторной
батареей мобильного устройства
Эдвард Брорейн (США)
В статье показано, как определение фактических профилей заряда
и разряда батареи позволяет проверить работу системы управления
батареей вместе с самой батареей. Это помогает в оптимизации проекта
мобильного устройства и гарантирует выполнение заданных параметров
батареи.
дополнительных характеристик ожи
даемого поведения, в том числе:
● параметры эксплуатации батареи в
реальных условиях;
● фактическая энергия и ёмкость бата
реи по сравнению с запланирован
ными характеристиками;
● правильность функционирования
системы выключения при низком
уровне заряда батареи.
Хотя все эти параметры существенны,
зачастую степень их важности может за
висеть от конкретного типа устройства.
Существует ряд факторов, связанных с
процессом управления зарядом и разря
дом батареи, которые оказывают значи
тельное влияние на эти параметры. Про
верка системы управления батареей и
самой батареи в процессе заряда и раз
ряда позволяет определить оптималь
ные характеристики функционирова
ния аккумулятора.
Для проверки системы управления
аккумуляторной батареей требуется
проведение высокопроизводительных
бесконтактных измерений. На рисун
ке 1 показана установка для измере
ния профилей заряда и разряда при
проверке системы управления батаре
ей тестируемого устройства. В установ
ке используется оборудование обще
го назначения. Для проведения тести
рования требуется два параллельных
измерительных канала. Один канал ис
пользуется для регистрации зарядного
тока, второй – для регистрации напря
жения батареи. Совместно они обес
печивают полное представление о
функционировании системы управле
ния батареей, проверяя профили заря
да и разряда. Вместе с тем, для проведе
ния правильных измерений оборудо
вание должно быть в состоянии:
● одновременно оцифровывать значе
ния тока и напряжения с высокой
частотой выборки;
● обеспечить широкий динамический
диапазон при непрерывном измере
нии тока;
● непрерывно регистрировать резуль
таты измерений в течение длитель
ных периодов времени;
● не оказывать воздействия на резуль
таты измерений.
Литий ионные батареи являются
лучшим вариантом для большинства
мобильных устройств, использующих
аккумуляторы, благодаря их неболь
шим размерам, малому весу и повы
шенной энергетической плотности.
Максимальный уровень напряжения
заряженного литий ионного аккуму
лятора (напряжение наполнения) дол
жен выдерживаться очень точно. Раз
ница всего в 10 мВ, или около 0,25% от
уровня напряжения наполнения 4,2 В
может дать десятикратную процент
ную разницу в накопленном заряде.
Погрешности в 50...100 мВ при пере
заряде могут привести к проблемам бе
зопасности. Поэтому очевидно, что вы
бор напряжения накопления важен
для оптимизации управления зарядом
литий ионной батареи, а также соответ
ствия планируемым характеристикам.
Таким образом, при испытаниях край
не важно, чтобы падение напряжение
на токовом шунте, а также погреш
ность измерения напряжения обору
Батарея ТУ
Заряд
Разряд
Ток батареи
Vшунт
Шунт
Аппаратура сбора данных
Дифференциальные
усилители
Мультиплексор Усилитель АЦП
Выходные
данные
ПК для регистрации данных
Сетевой адаптер
(при заряде)
DC out
ТУ
+
+
+
–
–
–
Рис. 1. Стандартная измерительная установка для исследования системы управления батареей
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 2 2012
© СТА ПРЕСС

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
дованием сбора данных не оказывали
влияния на характеристики заряда.
Кроме того, применяются всё более
сложные технологии управления за
рядом. Многие из них используют раз
личные динамические воздействия для
определения характеристик батареи в
процессе заряда. Для оценки этих ди
намических компонентов сложных
технологий управления зарядом необ
ходим высокоскоростной прибор с хо
рошим разрешением, обеспечиваю
щий высокую точность измерения по
стоянного тока и напряжения.
При определении параметров разря
да важно обеспечить высокую скорость
оцифровки тока, поскольку это даёт бо
лее детальное представление о поведе
нии батареи. Значение частоты дискре
тизации 50 тыс. выборок/с достаточно
для регистрации импульсных сигналов
тока нагрузки беспроводных мобиль
ных устройств. Такую же частоту вы
борки рекомендуется использовать для
некоторых стандартных испытаний
аккумулятора мобильного телефона.
Обеспечение точных измерений в ши
роком динамическом диапазоне имеет
существенное значение для получения
осмысленных результатов при измере
нии сигналов с высоким пиковым и
низким средним значениями и боль
шой скважностью, характерными для
импульсного тока нагрузки беспровод
ных мобильных устройств.
В зависимости от режима работы
тестируемого устройства, пик фактор
сигнала может различаться в сотни
раз. Разброс значений тока может
быть ещё больше, если при проведе
нии испытаний используется несколь
ко режимов с различными уровнями
мощности. Разброс тока уменьшает
динамический диапазон измерений,
ограничивая достижимую точность.
Это может иметь еще большее значе
ние в случаях, когда пиковое значение
падение напряжения на токовом шун
те должно составлять менее 50 мВ, что
бы не оказывать чрезмерного влияния
на результаты тестирования. След
ствием сохранения низкого пикового
значения падения напряжения на то
ковом шунте являются субмикроволь
товые сигналы, вызываемые малыми
токами, которые трудно измерить с
достаточной точностью. Для получе
ния хороших результатов крайне
важно, чтобы средство измерения об
ладало достаточным коэффициен
том усиления, динамическим диапа
зоном и высокой точностью измере
ний. Как правило, стандартные при
боры не в состоянии удовлетворить
всем этим требованиям.
ПРИМЕР ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПРОФИЛЯ ЗАРЯДА И РАЗРЯДА
БАТАРЕИ
Измерения профилей заряда и раз
ряда батареи смартфона GPRS прово
дились на установке, показанной на
рисунке 2. Установка построена на ос
нове источника/измерителя Agilent
N6781A, который имеет следующие
особенности, необходимые для тести
рования устройств с питанием от акку
муляторной батареи:
● амперметр с нулевым сопротивле
нием не создаёт падения напряже
ния, что гарантирует его незначи
тельное влияние на результаты из
мерений;
● дополнительный вход цифрового
вольтметра одновременно регистри
рует напряжение батареи в процессе
заряда и разряда;
● непереключаемый диапазон изме
рения обеспечивает точные резуль
таты в чрезвычайно широком дина
мическом диапазоне, от микроампер
до ампер, в одном непрерывном из
мерении;
● высокая скорость оцифровки фик
сирует подробности динамических
процессов;
● регистрация данных обеспечивает
высокую скорость оцифровки в тече
ние длительных периодов времени.
Результаты измерения профиля за
ряда батареи, отображаемые на дис
плее с помощью программного обес
печения Agilent 14585A, показаны на
рисунке 3. Наблюдения включают:
● процесс заряда, который продолжал
ся более 7 ч;
● ток заряда, который, помимо посто
янной составляющей, содержал быст
рые пульсации, очерченные мини
мальной и максимальной огибающи
ми (визуализация была реализована
на основе скоростной оцифровки);
Батарея ТУ
Заряд
Дополнительный вход для регистрации напряжения
Источник/измеритель N6781A
Амперметр с нулевой нагрузкой
0В
Разряд
Ток батареи
Сетевой адаптер
(при заряде)
DC out
ТУ
+
+
–
+
–
–
+
–
A
42 мин./дел.
Напряжение, 1В/дел.
Ток, 0,5 А/дел.
Мощность, 2 Вт/дел.
Рис. 2. Установка для определения профиля заряда и разряда батареи на основе
источника/измерителя Agilent N6781A
Рис. 3. Результаты измерения профиля заряда батареи
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 2 2012
© СТА ПРЕСС

● вместо режима с фиксацией посто
янного тока (CC) или постоянного
напряжения (CV), обычно использу
емого для заряда литий ионных ба
тарей, это устройство использовало
трапециевидный стабилизирован
ный ток, чтобы довести батарею до
полного заряда вблизи точки напря
жения наполнения 4,2 В.
На основании этих наблюдений сде
ланы следующие выводы:
● быстрый заряд не являлся приори
тетом; для более полного заряда ба
тареи лучше подходил более медлен
ный заряд в течение ночи;
● реальное конечное напряжения на
полнения 4,199 В было близко к опти
мальному для данного устройства зна
чению, обеспечивающему баланс меж
ду длительным сроком службы батареи
и величиной накопленного заряда.
Далее, для проведения испытаний ба
тареи мобильного телефона на разряд
путём выполнения предписанной по
следовательности мероприятий ис
пользовалась установка, показанная на
рисунке 2. Полярность подключения
выходов N6781A была изменена на
противоположную, чтобы получить
положительные отсчёты тока и мощ
ности. Результаты измерения разряда
батареи, зафиксированные и отобра
жённые на дисплее с помощью про
граммного обеспечения 14585A, пока
заны на рисунке 4. Установка измери
тельных маркеров в точке запуска и в
точке отключения даёт следующие ре
зультаты:
● среднее и пиковое значения тока
составили 0,233 и 1,29 А соответ
ственно;
● заряд и энергия, произведённые ба
тареей, составили 843 мАч и 3,19 Втч
соответственно;
● мобильный телефон работал в тече
ние 3 ч 38 мин до отключения из за
разряда батареи до 3,44 В.
На основании этих наблюдений сде
ланы выводы:
● фактическое значение заряда оказа
лось на 16% меньше заявленной ём
кости батареи;
● напряжение прекращения разряда
батареи было выше, чем заданное
значение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В силу взаимозависимости пара
метров функционирования системы
управления аккумуляторной батареей
и самой батареи они должны про
веряться и по отдельности, и вместе,
как единая система. В результате тес
тирования можно определить ряд
параметров, которые необходимо
оптимизировать, чтобы они соответ
ствовали показателям, задаваемым в
проекте мобильного устройства. При
ведённые в данной статье примеры
испытаний выполнялись с использо
ванием установки, имеющей доста
точно высокие измерительные харак
теристики. Их результаты показыва
ют, что определение фактических
профилей заряда и разряда аккумуля
торной батареи позволяет оценить ра
боту системы управления батареей
вместе с самой батареей. В конечном
итоге это помогает оптимизировать
разработку и обеспечить соответствие
характеристик батареи заданным по
казателям.
ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
Время 24 мин./дел.
Напряжение, 1В/дел.
Ток, 1 А/дел.
Мощность, 5 Вт/дел.
Рис. 4. Результаты измерения профиля разряда батареи
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 2 2012
© СТА ПРЕСС

ВВЕДЕНИЕ
«Проблема помех!» – два слова, кото
рые слышал каждый разработчик пе
чатной платы, приступая к лаборатор
ным испытаниям с целью выявления
источника помех. И только позже вы
ясняется, что помехи обусловлены
неправильной разводкой печатной
платы. Такие проблемы приводят к но
вой разводке, сдвигу графика и допол
нительным расходам на разработку.
Данная статья представляет инструк
ции по разводке печатной платы, поз
воляющие избежать этих действий.
Описание примера топологии им
пульсного стабилизатора, использу
ющего двухканальный синхронный
контроллер ADP1850, начинается с
установления линий тока стабилиза
тора. Затем по линиям тока определя
ется расположение компонентов для
проекта с низким уровнем помех.
ИНСТРУКЦИИ ПО РАЗВОДКЕ
ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
Определение линий тока
В конструкциях импульсных преоб
разователей линии больших и малых
токов находятся в непосредственной
близости. Цепи переменного тока (ас)
передают выбросы и помехи, большой
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
постоянный ток (dc) порождает зна
чительные падения напряжения, а сла
боточные межсоединения склонны
воспринимать помехи. Ключом к пра
вильной разводке печатной платы яв
ляется определение критических со
единений с последующей расстанов
кой всех компонентов и выделением
достаточной площади меди, чтобы из
бежать искажения малых токов боль
шими. Признаки плохой работы ста
билизатора проявляются как неста
бильность земляного потенциала и
помехи, вносимые в ИС и остальную
систему.
Рисунок 1 показывает упрощённую
схему синхронного понижающего ста
билизатора с импульсным контрол
лером и внешними силовыми элемен
тами: рвущим ключом, коротящим
ключом, дросселем, входным конденса
тором, выходным конденсатором и бло
кировочным конденсатором. Стрелки
на рисунке 1 показывают маршрут, по
которому протекает большой импульс
ный ток. Цепи импульсного тока (DH,
DL, BST и SW) выходят из контроллера и
должны располагаться должным обра
зом для снижения паразитной индук
тивности. Эти соединения передают
быстроизменяющиеся импульсные то
ки, которые могут достигать более 3 А
за несколько наносекунд. Минимизация
петель с большими токами необходима
для подавления наводимых помех и вы
ходной колебательности.
Правильное расположение силовых
элементов помогает избежать неже
лательной паразитной ёмкости и ин
дуктивности, которые обусловливают
дополнительные помехи, выбросы, зату
хающую колебательность и нестабиль
ность земляного потенциала. Малосиг
нальные цепи частотной коррекции и
обратной связи восприимчивы к поме
хам, поэтому следует прокладывать их в
отдалении от узлов коммутации и сило
вых компонентов для предотвращения
нежелательных наводок.
Размещение компонентов
на печатной плате
Топология платы важна для миними
зации площади петли тока. Следует рас
полагать силовые элементы так, чтобы
ток протекал плавно, избегая острых
углов и узких дорожек. Это помогает
снизить паразитную ёмкость и индук
тивность, устраняя, таким образом, не
стабильность земляного потенциала.
На рисунке 2 представлена топология
печатной платы двухканального пони
жающего преобразователя на основе
импульсного контроллера ADP1850.
Места установки силовых элементов
минимизируют площадь петли тока и
паразитную индуктивность. Штрихо
вые линии показывают сильноточные
цепи. Для синхронных и асинхронных
контроллеров применяется одна и та
же методика размещения компонентов
на печатной плате. В схеме асинхрон
ного контроллера диоды Шоттки заме
няют коротящий ключ.
СИЛОВЫЕ КОМПОНЕНТЫ:
МОП ТРАНЗИСТОРЫ
И КОНДЕНСАТОРЫ (ВХОДНЫЕ,
БЛОКИРОВОЧНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ)
Формой волны тока в мощных клю
чах является импульс с очень высокой
скоростью изменения тока δI/δt. Следо
вательно, цепь каждого отдельного клю
PGND
DH
DL
SW
BST
AGND
Синхронный понижающий контроллер
Прерывающий
ключ
VIN
CIN
CBYPASS
COUT
Нагрузка
L
Закорачивающий
ключ
VOUT
Рис. 1. Типичный импульсный стабилизатор
Показаны линии постоянного и переменного тока
Инструкции по разводке печатной платы
для понижающих импульсных стабилизаторов,
оптимизированных по уровню помех
Скотт Женг (США)
На примере топологии оценочной платы для ИС ADP1850 описаны общие
правила разводки многослойных печатных плат импульсных
стабилизаторов напряжения.
Печатается с разрешения Analog Devices (www.analog.com)
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 2 2012
© СТА ПРЕСС

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
ча должна быть как можно короче с
целью минимизации помех, наводимых
на контроллер, и передачи помех от пет
ли индуктивности. При использовании
пары полевых транзисторов в корпусах
DPAK или SO 8 на одной стороне печат
ной платы, лучше всего развернуть их
встречно. Это позволяет расположить
узел коммутации на одной стороне па
ры и шунтировать исток транзистора
рвущего ключа подходящим керамичес
ким конденсатором. Обязательно уста
навливайте шунтирующий конденсатор
как можно ближе к МОП транзисторам
(см. рис. 2), чтобы минимизировать ин
дуктивность петли через полевые тран
зисторы и конденсаторы.
Расположение входного блокиро
вочного конденсатора и входного сгла
живающего конденсатора существен
но для управления нестабильностью
земляного потенциала. Присоединяйте
отрицательный вывод конденсатора
выходного фильтра как можно ближе к
выводу истока МОП транзистора коро
тящего ключа. Это поможет миними
зировать индуктивность петли, кото
рая вносит свой вклад в нестабильность
потенциала земляной шины. Конден
саторы Cb1 и Cb2 (см. рис. 2) являются
керамическими блокировочными кон
денсаторами с рекомендуемыми номи
налами от 1 до 22 мкФ. Добавьте парал
лельно конденсатор фильтра большего
номинала, такой как CIN на рисунке 2.
УЧЁТ ТЕПЛОВЫХ ЭФФЕКТОВ
И ЗЕМЛЯНЫЕ ШИНЫ
Эквивалентное последовательное
сопротивление (ESR) мощных МОП
транзисторов, дросселей и сглажива
ющих конденсаторов вносит свой
вклад в значительное тепловыделение
в условиях больших нагрузок. Чтобы
эффективно рассеивать тепло, в при
мере, показанном на рисунке 2, под
этими силовыми компонентами рас
положены большие области меди.
Многослойная печатная плата луч
ше рассеивает тепло, чем двухслойная.
Для улучшения тепловой и электричес
кой проводимости используйте медь
толщиной 70 мкм (2 унции на квадрат
ный фут) поверх стандартных слоёв
толщиной 35 мкм. Лучшему отводу
тепла также способствуют несколько
силовых шин заземления, соединён
ных вместе через отверстия. На рисун
ке 3 показано распределение силовой
шины заземления по верхнему, треть
ему и четвёртому слоям в конструкции
четырёхслойной печатной платы.
Технология многослойной шины за
земления изолирует сигналы, чувстви
тельные к помехам. Как показано на ри
сунке 2, отрицательные выводы элемен
тов частотной коррекции, конденсатор
мягкого запуска, входные блокировоч
ные конденсаторы и выходной резис
тивный делитель обратной связи подсо
единены к аналоговой шине заземления
(AGND). Не подсоединяйте напрямую
никаких сильноточных или высокочас
тотных импульсных цепей к изолиро
ванной аналоговой шине, которая явля
ется малошумящей шиной заземления
(через неё не протекают большие токи).
Отрицательные выводы всех сило
вых компонентов, таких как коротя
щий ключ, блокировочный конденса
Сигнальные
цепи
и компоненты
расположены
вдали
от силовых
компонентов
RFB1
RFB2
RFB3
RFB4
Cb1
VIN
PGND1
PGND2
SW1
SW2
FB1
PGND
CVIN
DH1
DL1
DL2
DH2
Cb2
L1
M1
M2
M4
M3
L2
Co3
Co1 Co2
Co5 Co6
Co4
Co7 Co8
Верхний
слой
Сглаживающий
входной конденсатор
Сглаживающие
выходные
конденсаторы
Сглаживающие
выходные
конденсаторы
Отверстия
к аналоговой
шине заземления
Отверстия
к аналоговой
шине
заземления
Отверстия
к силовой
шине заземления
Отверстия
к силовой
шине
заземления
Аналоговая
шина
заземления
(второй слой)
Обратная связь 2 (второй слой)
Обратная связь 1 (второй слой)
PGND
SW1
+
–
CIN
VIN
VOUT2
VOUT1
ADP1850
Рис. 2. Топология печатной платы понижающего преобразователя с двумя выходами, использующего
импульсный контроллер ADP1850
Слой 1 – сигнальные и сильноточные цепи; слой 2 – аналоговая земляная шина; слои 3 и 4 – силовые
шины. М1 и М2 – МОП транзисторы в корпусах SuperSO8 рвущего и коротящего ключей соответственно
для стабилизатора 1. Аналогичные функции выполняют М3 и М4 для стабилизатора 2. С0 – С8
–
выходные конденсаторы. CIN является входным сглаживающим конденсатором. Cb1 и Cb2 –
блокировочные многослойные керамические конденсаторы (MLCC)
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 2 2012
© СТА ПРЕСС

тор и конденсаторы входного и выход
ного фильтров, подсоединяйте к сило
вой шине заземления, которая переда
ёт большие токи.
Падение напряжения на шине зазем
ления может быть достаточно боль
шим, чтобы повлиять на точность вы
ходного напряжения. Подсоединение
аналоговой шины заземления к отри
цательному выводу выходных конден
саторов через широкую дорожку (см.
рисунок 4) значительно повышает
выходную точность и коэффициент
стабилизации. Аналоговая шина за
земления простирается вплоть до вы
ходного конденсатора, где – через от
верстия – соединяется с силовой ши
ной заземления на отрицательном
выводе выходного конденсатора.
На рисунке 2 показан другой спо
соб соединения аналоговой и сило
вой шин заземления – через отверс
тия вблизи отрицательных выводов
выходных сглаживающих конден
саторов. На рисунке 3 показан раз
рез печатной платы в месте соедине
ния шин.
ТОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ
Правильная разводка токочувстви
тельной цепи в импульсных стабили
заторах, работающих в токовом режи
ме1, в значительной мере способствует
подавлению нежелательных помех,
которые приводят к погрешностям. В
частности, в двухканальных стабили
заторах необходимо предпринимать
особые меры для предотвращения
любых перекрёстных помех.
Двухканальный понижающий кон
троллер ADP1850 использует сопро
тивление канала коротящего МОП
транзистора в открытом состоянии
RDS(ON) в качестве элемента цепи об
ратной связи. При таком построении
схемы измеряется ток через коротя
щий ключ между выводами SW и PGND
контроллера. Помеха тока заземления
в одном канале может перейти в смеж
ный канал. Следовательно, важно со
хранить дорожки SW и PGND как мож
но более короткими и расположить их
близко к МОП транзисторам для точ
ного измерения тока. Обязательно вы
полните соединения с узлами SW и
PGND по четырёхпроводной схеме,
как показано на рис. 2 и 5. Соответству
ющая дорожка силовой шины зазем
ления PGND присоединяется к истоку
коротящего МОП транзистора. Не под
соединяйте силовую шину заземления
к выводу PGND микросхемы произ
вольным образом.
Напротив, в двухканальных контрол
лерах, работающих в режиме управле
ния напряжением2, например ADP1829,
выводы PGND1 и PGND2 напрямую
подсоединяются к силовой шине за
земления при помощи отверстий.
ЦЕПИ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКА
И ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Выводы обратной связи (FB) и огра
ничения тока (ILIM) являются малосиг
нальными, поэтому они чувствитель
ны к емкостным и индуктивным на
водкам. Не прокладывайте дорожки
обратной связи и ограничения тока
вблизи дорожек с высокой скоростью
изменения тока. Остерегайтесь доро
жек, формирующих петли, которые
увеличивают нежелательную индук
тивность. Добавление небольшого мно
гослойного керамического конденса
тора развязки, например 22 пФ, между
выводами ILIM и PGND способствует
дополнительной фильтрации помех.
УЗЕЛ КОММУТАЦИИ
Узел коммутации (SW) является са
мым «шумным» местом в схеме им
пульсного стабилизатора, поскольку
он передаёт большие переменные и
постоянные напряжения и токи. Этот
узел нуждается в большой площади ме
ди, чтобы снизить резистивные паде
ния напряжения. Установите МОП
транзистор и дроссель близко друг к
другу на медной шине для минимиза
ции последовательного сопротивле
ния и индуктивности.
В приложениях, более чувствитель
ных к электромагнитным помехам,
шуму узла коммутации и «звону», мож
но воспользоваться простой демпфи
рующей цепью в виде последовательно
включенных резистора и конденсато
ра (RSNUB и CSNUB на рисунке 6). Та
кая демпфирующая цепочка, установ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
CDECOUPLE1
CDECOUPLE2
CIN1
VIN
VIN
Силовая шина заземления
CIN2
COUT1
L1
M1
M2
DH1
SW1
DL1
PGND1
PGND2
DL2
SW2
DH2
M4
M3
L2
VOUT1
VOUT2
COUT2
23
24
21
22
19
20
17
18
ADP1850
Рис. 5. Методы заземления для двух каналов
1 В этом режиме напряжение ошибки управляет током через ключ. – Прим. перев.
2 В этом режиме напряжение ошибки непосредственно управляет скважностью импульсов. – П рим. перев.
Силовая шина
заземления
(верхний слой)
Силовая шина
заземления
(третий слой)
Силовая шина
заземления
(четвёртый слой)
Отверстия, соединяющие
силовую шину заземления
с аналоговой (слои 1 и 2)
Отверстия, соединяющие
силовые шины заземления
(слои1,3и4)
Аналоговая шина
заземления
(второй слой)
Выходной
конденсатор
Рис. 3. Вид печатной платы в разрезе:
соединение силовых шин заземления
для улучшения рассеяния тепла
COUT
(Дорожка на втором слое)
Верхний слой
Дорожка и отверстие,
присоединяющие
аналоговую шину заземления
к силовой шине заземления
Второй слой
Аналоговая шина
заземления
Силовая шина
заземления
Рис. 4. Присоединение аналоговой шины
заземления к силовой шине заземления
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 2 2012
© СТА ПРЕСС

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
ленная между узлом коммутации и си
ловой шиной заземления, подавляет
колебательность на фронтах импуль
сов и уровень электромагнитных
помех, при этом незначительно (на
0,2...0,4%) снижая общий КПД.
ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ ЗАТВОРАМИ
Дорожки управления затворами (DH
и DL) также могут передавать быстро
изменяющиеся токи, как правило, со
провождающиеся колебательностью и
выбросами. Эти дорожки должны быть
как можно короче. Лучше всего проло
жить их напрямую, избегая межслой
ных отверстий. Если без отверстий
обойтись невозможно, используйте по
два отверстия для каждой дорожки,
чтобы снизить пиковую плотность то
ка и паразитную индуктивность.
Сглаживание импульсов управления
затвором при помощи небольшого ре
зистора (2...4 Ом), установленного по
следовательно с выводами DH и DL,
также подавляет помехи и выбросы,
увеличивая время фронта и спада им
пульсов и потери на переключение
МОП транзистора. Дополнительной
мерой ослабления помех является ре
зистор между выводами BST и SW (см.
рис. 6). Резервирование пространства
для затворных резисторов нулевого
сопротивления в процессе разводки
платы добавляет полезную гибкость во
время испытаний.
ВЫВОДЫ
Учёт линий прохождения токов,
чувствительности цепей и правильное
размещение компонентов являются
мерами для подавления помех в
конструкциях печатных плат. Все оце
ночные платы компании Analog De
vices для силовых приборов выпол
нены с учётом представленных инст
рукций, чтобы получить наилучшие
параметры. Документация на оценоч
ные платы (UG 204 и UG 205) предо
ставляет подробную информацию, от
носящуюся к контроллеру ADP1850.
Отметим, что все импульсные источ
ники питания имеют общие компо
ненты и схожие чувствительности ли
ний тока. Следовательно, инструкции,
приведённые в примере для понижаю
щего стабилизатора в токовом режи
ме на основе контроллера ADP1850,
напрямую применимы к топологиям
импульсного повышающего стабили
затора и/или стабилизатора, работаю
щего в режиме управления напряже
нием.
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 2 2012
© СТА ПРЕСС
VIN
RRISE
L
M1
VOUT
Понижающий
контроллер
M2
BST
DH
SW
DL
PGND
RSNUB
CSNUB
COUT
RDH
RDL
Рис. 6. Цепь демпфирования и затворные сопротивления
www.soel.ru
«
»
.
:
–
46459
–
36280

В конце 2011 г. компания Linear Tech-
nology (США) отметила 30-летний
юбилей [1]. Компания была основана в
1981 г. Робертом Свонсоном и Робер-
том Добкиным, работавшими до этого
в National Semiconductor. Добкину при-
надлежат такие известные решения,
как трёхвыводные, регулируемые од-
ним резистором стабилизаторы на-
пряжения в стандартных корпусах
ТО-220, ТО-3, ТО-93, включая популяр-
ные микросхемы LM317/LM337.
На протяжении своей истории ком-
пания Linear Technology реализовала
многочисленные разработки в области
ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
аналоговых и аналого-цифровых ИС.
Оригинальные схемотехнические ре-
шения и технологии корпусов ИС, в
частности DC/DC-преобразователей
напряжения, позволили создать новое
поколение локализованных вблизи
нагрузки устройств для питания раз-
личных систем, в том числе на базе
ПЛИС (FPGA), получивших название
μ-модулей [2].
Особенностями μ-модулей являются:
● точное поддержание выходного тока
нагрузки от импульса к импульсу;
● возможность перераспределения
выходного тока между нагрузками;
● возможность питания преобразова-
телей от нескольких источников (в
случае недостаточной мощности
единичного источника);
● возможность работы на различные
шины питания ПЛИС или систем пи-
тания с функцией слежения и/или
последовательного включения/вы-
ключения выходных напряжений;
● пониженные требования к парамет-
рам фильтрующих конденсаторов;
● низкий профиль конструкции пре-
образователей для увеличения ин-
тенсивности охлаждающего потока
воздуха.
Более подробная информация о воз-
можностях μ-модулей приведена в [3].
В каталоге компании от 2012 г. при-
ведены 87 типов драйверов светодио-
дов различных структур [4, 5]; их клас-
сификационные параметры – только
для основных исполнений – перечис-
лены в таблице. Ниже мы рассмотрим
особенности некоторых ИС, выпущен-
ных в 2010–2011 гг.
Микросхема LT3597 – трёхканаль-
ный понижающий драйвер светодио-
дов с входным напряжением до 60 В.
Области применения микросхемы, ре-
комендованные изготовителем: доски
объявлений и вывески; моно-, мульти-
и полноцветные светодиодные дис-
плеи; светодиодная подсветка боль-
ших экранов; автомобильные, про-
мышленные и медицинские дисплеи.
Особенности микросхемы:
● три понижающих регулятора тока с
током до 100 мА и быстродействую-
щими ключами N–P–N (до десяти
последовательно включённых све-
тодиодов в каждой цепочке);
● быстродействующие источники то-
ка (длительность импульсов до 1 мкс),
диапазон регулировки яркости без
изменения оттенка 10 000 : 1 (техно-
логия True Color PWMTM);
● сохранение работоспособности при
отказах отдельных светодиодов;
● адаптация выходного напряжения
для повышения эффективности пре-
образования;
● диапазон входных напряжений
6...60 В;
● точность установки токов светодио-
дов ±2%;
3597 BD
Источник
образцового
напряжения
схемы запуска
Генератор
импульсов
Компенсатор
наклона
импульсов
+
–
S
R
Q
–
+
–
+
1.22В
VC
+
–
1.1В
540мВ
PTAT
Корпус, подложка
VIN
EN/UVLO
SYNC
RT
TSET
CTRLM
CTRL n
PWM n
ISETn
VREF
BIAS
SWn
DAn
GND
FBn
LED n
FAULT
VOUTn
BST n
Канал n
n=1–3
LT3597
+
–
Cхема
мягкого запуска
и фиксатор уровня
Логический
элемент
Детектор отказов
светодиодов
Cхема
управления
и преобразования
входных сигналов
ШИМ
регулятор
яркости
Драйверы
светодиодов
Рис. 1. Структурная схема ИС LT3597
Драйверы светодиодов компании
Linear Technology
Юрий Петропавловский (Ростовская обл.)
В статье рассмотрена номенклатура и классификационные параметры
микросхем драйверов светодиодов компании Linear Technology,
выпущенных в 2010 и 2011 гг.
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
Основные параметры ИС драйверов светодиодов компании Linear Technology
Тип ИС
Число выходов
Uвх.мин . (В)
Uвх.макс . (В)
Iвых, А
Uвых, В
Топология
Число светодиодов
Корпус
LT1618
1
1,6
18
2
36
Boost, Sepic, Flyback
20
MS 10, DFN 10
LT1932
1
1
10
0,55
36
Boost
8
ThinSOT
LT1937
1
2,5
10
0,22
36
Boost
4
ThinSOT, SC 70
LT3003
3
3
40
0,35
Ballaster
MS 10E
LT3465
1
2,7
16
0,34
30
Boost
6
ThinSOT
LT3465A
1
2,7
16
0,34
30
Boost
6
ThinSOT
LT3466
2
2,7
24
0,4
39,5
Boost
2×10
DFN10
LT3474/FEAT.
1
4
36
2,1
15
Buck
4
TSSOP16
LT3475 1
2
4
36
2
25
Buck
4
TSSOP20
LT3476
4
2,8
16
4
36
Boost, Buck Boost, Buck
4×8
QFN38
LT3477
1
2,3
25
6,3
40
Buck, Boost, Buck Boost
12
QFN 20, TSSOP 20
LT3478
1
2,8
36
6,3
42
Boost, Buck Boost, Buck
6
TSSOP 16
LT3486
2
2,4
24
1,2
35,4
Boost
2×10
DFN 16, TSSOP 16
LT3491
1
2,5
12
0,35
24
Boost
6
SC70,DFN6
LT3492
3
3
30
1
60
Buck, Boost, Buck Boost
3×10
QFN 28, TSSOP 28
LT3496
3
3
30
1
45
Boost, Buck Boost, Buck
3×10
QFN 28, TSSOP 16
LT3497
2
2,5
10
0,4
35
Boost
2×6
DFN 10
LT3517
1
3
30
1,9
40
Buck, Boost, Buck Boost
10
QFN 16, TSSOP 16
LT3518
1
2
40
2,8
45
Buck, Boost, Buck Boost
10
QFN 16
LT3519
1
3
30
0,98
45
Boost, Sepic, Buck Boost, Buck
10
MS 16
LT3590
1
4,5
55
0,115
55
Buck
10
SC70,DFN6
LT3591
1
2,5
12
0,8
42
Boost
10
DFN 8
LT3592
1
3,6
36
1,25
36
Buck
10
DFN 10, MS 10
LT3593
1
2,7
5,5
0,7
45
Boost
10
DFN 6, SOT 23
LT3595
16
4,5
45
0,12
45
Buck
16×10
QFN 56
LT3595A
16
4,5
45
0,12
45
Buck
16×10
QFN 56
LT3596
3
6
60
1
60
Buck
3×10
QFN 52
LT3597/NEW
3
6
60
0,51
Buck
3×10
QFN 52
LT3598/FEAT
6
6
30
0,33
44
Boost, Sepic
6×10
QFN 24
LT3599/FEAT
4
4
30
0,625
44
Boost, Sepic
4×10
QFN 32, TSSOP 28
LT3956/FEAT
3
6
60
0,51
44
Boost, Sepic
3×10
QFN 52
LT3799/NEW
6
3,2
30
0,33
44
Boost, Sepic
6×10
QFN 24
LT3598/FEAT
1
3,2
30
2
44
Boost, Sepic
10
QFN 24
LT3599/FEAT
1
3
30
2,5
44
Boost, Sepic
10
QFN 32, TSSOP 28
LT3741
1
6
60
25
34
Buck
10
QFN 20
LT3743/FEAT
1
6
36
20
30
Buck
10
QFN 28, TSSOP 28
LT3745/NEW
16
6
36
36
Buck
16×10
QFN 40
LT3746/NEW
32
6
55
13
Buck
32×3
QFN 56
LT3754
16
6
40
0,375
45
Boost
16×10
QFN 32
LT3755 1/FEAT
1
4,5
40
25
75
Buck, Boost, Sepic, Buck Boost
25+
QFN 16, MS 16
LT3756 1/FEAT
1
6
100
25
100
Buck, Boost, Sepic, Buck Boost
25+
QFN 16, MS 16
LT3760
8
6
40
0,5
45
Boost
8×10
TSSOP 28
LT8500/NEW
48
3
5,5
ШИМ
QFN 56
LTC3200
1
2,7
4,5
5
Charge Pump
6
MS8
LTC3201
1
2,7
4,5
4,5
Charge Pump
6
MS 10
LTC3202
1
2,7
4,5
4,5
Charge Pump
8
DFN 10, MS 10
LTC3205
7
2,8
4,5
4,5
Charge Pump
4,2,1 RGB
QFN 24
LTC3206
11
2,8
4,5
4,5
Charge Pump
6,4,1 RGB
QFN 24
LTC3207
13
2,9
4,5
4,5
Charge Pump
12+1
QFN 24
LTC3208
17
2,9
4,5
5
Charge Pump
17
QFN 32
LTC3209
8
2,9
4,5
5,1
Charge Pump
5,2,1
QFN 20
LTC3210
5
2,9
4,5
5,05
Charge Pump
4,1
QFN 16
LTC3212
3
2,7
4,5
5,5
Charge Pump
3
DFN 12
LTC3214
1
2,9
4,4
5
Charge Pump
1
DFN 10
LTC3215
1
2,9
4,5
5,1
Charge Pump
1
DFN 10
LTC3216
1
2,9
4,5
5,1
Charge Pump
1
DFN 12
LTC3217
4
2,9
4,5
5,05
Charge Pump
4
QFN 16
LTC3218
1
2,9
4,5
5,3
Charge Pump
1
DFN 10
LTC3219/FEAT
9
2,9
5,5
5,5
Charge Pump
9
QFN 20
LTC3220/FEAT
18
2,9
5,5
5,5
Charge Pump
18
QFN 24
LTC3230/FEAT
5
2,7
5,5
5,5
Charge Pump
5
QFN 20
LTC3452/FEAT
7
2,7
5,5
4,5
Buck Boost
5
QFN 20
LTC3453/FEAT
4
2,7
5,5
4,5
Buck Boost
4
QFN 16
LTC3454/FEAT
1
2,7
5,5
5,15
Buck Boost
1
DFN 10
LTC3490
1
1
3,2
2
4
Boost
2
DFN10,SO8
LTC3675/FEAT
7
2,7
5,5
2,8
5,5
Buck
10
QFN 44
LTC3783
1
4
36
25
100
Boost, Sepic, Flyback
25+
DFN 16, TSSOP 16
LTM8040/FEAT
1
3
30
1
13
Buck
4
LGA
LTM8042/FEAT
1
3
30
1
32
Boost, Buck
10
LGA
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

● установка выходного тока внешни-
ми резисторами в каждом канале;
● мягкий запуск и внутренняя компен-
сация;
● программируемая частота генера-
ции (0,2...1 МГц);
● возможность внешней синхрониза-
ции;
● мониторинг обрывов и коротких
замыканий в цепях нагрузок;
● программирование тепловых режи-
мов светодиодов;
● программируемая температурная
защита;
● миниатюрный корпус QFN 8 × 5 ×
× 0,6 мм;
● промышленный рабочий диапазон
температур –40...125°С.
Структурная схема ИС приведена на
рисунке 1, в неё входят следующие
основные узлы: источник образцового
напряжения схемы запуска; генератор
импульсов; компенсатор нелинейнос-
ти генератора; схема мягкого запуска и
фиксатор уровня; схема управления и
преобразования входных сигналов;
ШИМ-регулятор яркости; детектор от-
казов светодиодов; драйверы свето-
диодов; логические схемы, компарато-
рыиОУ.
На рисунке 2 приведена типовая схе-
ма включения микросхемы для пита-
ния трёх цепочек по девять белых све-
тодиодов в каждой током 100 мА при
входном напряжении 48 В; частота
внутреннего генератора 1 МГц. Назна-
чение функциональных выводов мик-
росхемы:
● BOOST1, BOOST2, BOOST3 (выводы
2, 48, 39) – подключение запускаю-
щих конденсаторов;
● SW1, SW2, SW3 (выводы 4, 46, 41) –
подключение индуктивностей, дио-
дов вольтодобавки (Catch Diode) и
запускающих конденсаторов;
● DA1, DA2, DA3 (выводы 6, 44, 43) –
подключение анодов диодов вольто-
добавки;
● FB1, FB2, FB3 (выводы 7, 34, 35) – вхо-
ды обратной связи;
● EN/UVLO (вывод 9) – входы запус-
ка и схемы детектирования пони-
женного напряжения питания; по-
роговое значение напряжения на
выводе составляет 1,51 В и может
быть изменено внешними резис-
торами;
● Tset (вывод 11) – вход схемы термо-
регулирования (программируется
температура кристалла);
● Iset1, Iset2, Iset3 (выводы 14, 15, 16) –
входы для программирования номи-
налов выходных токов 3 каналов
микросхемы;
● RT (вывод 17) – вывод для подклю-
чения внешнего резистора установ-
ки частоты генератора (при Rt =
= 33,2кОмf=1МГц,при80кОм–
0,5 МГц, при 20 кОм – 0,2 МГц);
● Vout1, Vout2, Vout3 (выводы 19, 22,
23) – выводы для программирования
оптимального выходного напряже-
ния драйверов;
● VREF (вывод 12) – выход образцово-
го напряжения 2 В (ток нагрузки не
более 200 мкА);
● CTRLM (вывод 13) – вывод для под-
ключения терморезистора с отрица-
тельным ТКС для компенсации из-
менений температуры окружающей
среды;
● LED1, LED2, LED3 (выводы 20, 21, 24) –
токовые выходы трёх каналов мик-
росхемы;
● FAULT (вывод 25) – выход сигнала
«обрыв» нагрузки;
● SYNC (вывод 27) – вход внешней
синхронизации;
● PWM1, PWM2, PWM3 (выводы 30,
29, 28) – ШИМ -входы регулиров-
ки яркости (если ШИМ-регулиров-
ка не используется, выводы необ-
ходимо соединить с выводом 12,
VREF);
ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
3597 TA03
LLLTTT333555999777
VIN
EN/UVLO
BOOST1
SW1
DA1
FB1
VOUT1
LED1
BIAS
FAULT
PWM1 3
CTRL1 3
SYNC
RT
BOOST2
SW2
DA2
FB2
VOUT2
LED2
BOOST3
SW3
DA3
FB3
VOUT3
LED3
VREF
TSET
CTRLM
3,24к
100к
97к
91к
270к
2,2мкФ
0,1мкФ
10мкФ
100мкГн
2,2мкФ
3,24к
97к
3,24к
97к
100k
10к
82,5к
VREF
49,9к
VCC
5В
VIN
48В
33,2к
ISET1
ISET2
ISET3
GND
20к
20к
20к
VOUT1
VOUT2
VOUT3
3
3
10мкФ
0,1мкФ 100мкГн
0,1мкФ 100мкГн
2,2мкФ
Рис. 2. Типовая схема включения микросхемы LT3597
Напряжения управления CTRL1 3 (B)
0
Токсветодиодов(мА)
120
100
80
40
60
20
0
0,25
57.0,
1
52.1,
1,5
0,5
Рис. 3. Зависимость выходного тока
микросхемы LT3597 от напряжения управления
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
● CTRL1, CTRL2, CTRL3 (выводы 33, 32,
31) – аналоговые входы управления
яркостью;
● BIAS (вывод 37) – напряжение
смещения внутренних узлов
микросхемы;
● Vin (выводы 50, 51) – общее на-
пряжение питания.
Номинальный ток каждой цепочки
светодиодов может быть отдельно за-
программирован до 100 мА регулиров-
кой сопротивлений внешних резисто-
ров на выводах Iset1 – Iset3. Точность
установки токов составляет ±2%. Вели-
чина номинального выходного тока
определяется выражением: Iвых1–3
=
= 2В/RIset1–3, где Iвых1–3
–
номиналь-
ные выходные токи в цепочках свето-
диодов на выходах LED1 – LED3 мик-
росхемы в мА, RIset1–3
– сопротивления
резисторов между выводами Iset1 –
Iset3 и корпусом в кОм. Примеры: при
Ведущий
триггер
Драйвер
затвора
Генератор малого
выходного тока
Компаратор
тока
VOUT
+
VOUT
–
VIN
INTVCC
D1
R8
C7
L1A
Детектор
отказов
R
Q
S
S
+
–
A1
+
–
A2
A4
+
–
GATE
VIN
VIN_SENSE
L1C
D2
DCM
600mV
Перемножитель
R4
R5
УВХ4
C4
C6
FB
SENSE
GND
3799 BD
+
–
A8
R6
R7
C5
R2
R1
CT
COMP+
FAULT
COMP–
CTRL1
CTRL2
VREF
C1
+
–
A5
1M
+
+
SW1
T1
N:1
L1B
C3
C2
R3
R10
A6
A7
Одновибратор
A3
1.22V
6
5
7
8
1
2
CTRL3
3
4
17
15
14
13
11
16
10
9
M1
Рис. 4. Структурная схема ИС LT3799
3799 TA02
Cветодиодыобщеймощностью20Вт
VIN_SENSE
VIN
DCM
FB
VREF
CTRL2
CTRL1
GATE
SENSE
INTVCC
GND
LT3799
FAULT
FAULT
COMP+
CT
COMP–
C10
560мкФ
×2
C4
4,7пФ
C5
10мкФ
C8
2,2нФ
4:1:1
C7, 0,1мкФ
R16
20Ом
R6
20Ом
D2
D4
Z1
D1
RS
0,05Ом
R4
499к
R3
499к R8
100к
R7
100к
R1
200Ом
R5
3,48к
R15
4,99к
R4
100к
4,02к
CTRL3
C3
0,22мкФ
90B
TO 265B
AC
C2
0,1мкФ
R9
40,2к
R16
32,4к
R10
15,4к
100k
NTC
R18
100к
C9
4,7мкФ
R13
2к
C1
0,068мкФ
BR1
L1
33мГн
L2
800мкГн
D3
Z2
M1
1A
Рис. 5. Типовая схема включения ИС LT3799
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

RIset=20кОм,Iвых=100мА;25кОм–
80мА;33,3кОм–60мА;50кОм–40мА;
100кОм–20мА.
Регулировка яркости свечения све-
тодиодов в пределах 0...Iвых может осу-
ществляться напряжениями в диапа-
зоне 0...1 В, подаваемыми на выводы
CTRL1 – CTRL3; соответствующая зави-
симость Iвых от Uctrl приведена на ри-
сунке 3. ШИМ -регулировка яркости
осуществляется подачей импульсов на
входы PWM1 – PWM3; параметры им-
пульсов: Uлог. 0 не более 0,4 В, Uлог. 1 не
менее 1,6 В (не более 6 В), минималь-
ная длительность импульсов 1 мкс,
максимальный период следования
100 мс. Регулировка яркости в преде-
лах 10 000 : 1 обеспечивается при изме-
нении коэффициента заполнения им-
пульсов в диапазоне 0,01...100%.
В микросхеме предусмотрена специ-
альная температурная регулировка,
предотвращающая перегрев как собст-
венного кристалла микросхемы, так и
подключённых светодиодов при по-
вышении температуры окружающей
среды. Максимальная температура
кристалла микросхемы Tj задаётся ре-
зистором R2, подключённым между
выводами Vref и Тset, и R1 – между
выводом Tset и корпусом. Примеры:
Tj = 85°C – R1/R2 = 49,9 кОм/97,6 кОм;
Tj = 100°C – 49,9 кОм/90,9 кОм; Tj =
= 115°С – 49,9 кОм/84,5 кОм.
При установке резистора с отрица-
тельным температурным коэффици-
ентом сопротивления (NTC) между вы-
водом 13 (CTRLM) и корпусом можно
обеспечить контроль температуры све-
тодиодов на всём периоде эксплуата-
ции системы при изменениях темпе-
ратуры окружающей среды.
Микросхема LT3799 (2011) – изоли-
рованный обратноходовой преобра-
зователь для питания светодиодов с
активным корректором коэффициен-
та мощности (ККМ). Изоляция от пита-
ющей сети обеспечивается выходным
импульсным трансформатором. Облас-
ти применения микросхемы, рекомен-
дованные изготовителем: светодиод-
ные устройства мощностью от 4 до
100 Вт с высоким постоянным напряже-
нием питания. Особенности прибора:
● изолированный драйвер с ККМ и ми-
нимальным числом внешних компо-
нентов;
ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
+
–
+
–
+
–
+
–
+
–
+
+
–
A1
A3
A6
+
+
–
Установка
частоты
1,25В
SSCLAMP
1,1В
CTRL
VREF
EN/UVLO
ISP
ISN
Q2
350мВ
20к
170к
140мкА
2,1мкА
Буферный
усилитель
gm
EAMP
ШИМ
компаратор
Драйвер
затвора
1мА (MAX)
ISENSE
A4
gm
A10
A5
Компаратор
схемы
защиты от
перенапряжений
1,25В
FB
Детектор КЗ
SCILMB
SCILMB
5к
PWMOUT PWM
1,25В
VIN
INTV CC
VC
+
–
+
–
A2
R
Q
S
Генератор
пилообразного
напряжения
Генератор
100кГц–1МГц
+
–
+
–
A8
7,15В
LDO
SW
PGND
VMODE
GND
1,2В
FB
+
–
1,22В
+
–
2В
1,31В
RT
SS
SHDN
A7
10мкА
10мкA AT
FB = 1,25В
VC
TSD
165°C
Сигнал
«отказ»
10мкА
10мкА AT
A1+
=A1
–
Рис. 6. Структурная схема ИС LT3956
VIN
SW
LT3956
22мкГн
D1
GND
VC
INTVCC
EN/UVLO
PGND
VREF
ISP
R5
1M
100к
INTVCC
R1
332к
C1
2,2мкФ
×2
6,8нФ
VIN
6В TO 60В
(80В
кратко
временно)
0,01мкФ
R2
100к
200Ом
28,7k
375кГц
4,7мкФ
R6
57,6к
CTRL
R4
16,2к
0,33Ом
750мA
R3
1M 1к
2к
D2
D3
20к
INTVCC
INTVCC
C2
2,2мкФ
×10
18 белых
светодиодов
общей
мощностью
50 Вт
(мощность
снижается
при Vin менее 22 В)
LED+
VMODE
PWM
SS
RT
ISN
FB
PWMOUT
Q3
Q2
Q1
M1
1к
Рис. 7. Типовая схема включения ИС LT3956
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
● возможность симисторной регули-
ровки яркости;
● допустимые входное и выходное
напряжения определяются толь-
ко параметрами внешних компо-
нентов;
● активный ККМ (типовое значение
КМ более 0,97);
● низкий уровень гармоник в выход-
ном сигнале;
● отсутствие внешних оптронов;
● установка выходного тока с погреш-
ностью не более ±5%;
● защита от обрыва и коротких замы-
каний в светодиодной цепи;
● термостойкий 16-выводной корпус
MSOP;
● промышленный диапазон рабочих
температур –40...125°С.
Структурная схема ИС приведена на
рисунке 4, в неё входят следующие ос-
новные узлы: детектор отказов ; одно-
вибратор; перемножитель; компаратор
тока; ведущий RS-триггер; генератор
малого выходного тока; драйвер за-
твора; ОУ, компараторы и УВХ.
На рисунке 5 показана типовая схе-
ма включения ИС с возможностью си-
мисторной регулировки яркости све-
тодиодов общей мощностью 20 Вт при
работе в диапазоне сетевых напряже-
ний 90...265 В. При работе от сети с
напряжением 220 В схема может быть
оптимизирована, для чего номиналы
следующих элементов должны иметь
другие значения: R10 = 24,9 кОм, Rs =
= 0,075Ом,R1=1кОм,C2=0,033мкФ,
С3 = 0,1 мкФ.
Микросхема LT3956 (2010) – преоб-
разователь постоянного тока и напря-
жения для питания светодиодов высо-
кой яркости. ИС может быть также ис-
пользована в зарядных устройствах и
стабилизаторах напряжения с точным
ограничением выходного тока. В неё
интегрированы N-канальный полевой
транзисторсUси=84В,Ic =3,9А,
Rds.on
= 90 мОм и стабилизатор напря-
жения 7,15 В. Предусмотрена регули-
ровка частоты внутреннего генератора
в пределах 0,1...1 МГц. ШИМ -регули-
ровка яркости свечения светодиодов
обеспечивается в диапазоне 3000 : 1;
возможна также аналоговая регули-
ровка яркости. Другие особенности
микросхемы:
● широкий диапазон входных напря-
жений 4,5...80 В;
● возможность реализации режимов
преобразования Boost, Buck, Buck-
Boost, Sepic и Flyback;
● защита при обрыве светодиодов;
● программируемый мягкий запуск;
● промышленный рабочий диапазон
температур –40...125°С.
Структурная схема ИС приведена на
рисунке 6, в её состав входят следую-
щие основные узлы: детектор корот-
ких замыканий; буферный усилитель
сигнала управления; компаратор схе-
мы защиты от перенапряжений; схема
температурной защиты (TSD 165°С);
ШИМ-компаратор; генератор пилооб-
разного напряжения; перестраивае-
мый генератор импульсов (0,1...1 МГц);
драйвер затвора; усилитель сигнала
датчика выходного тока (Isense); ОУ,
компараторы, логические элементы.
Типовая схема включения ИС в ка-
честве повышающего преобразователя
для питания цепочки светодиодов
мощностью 50 Вт приведена на рисун-
ке 7. Внешний вид демонстрационной
платы источника питания LT3956EUHE
(Demo Circuit 1521A) показан на ри-
сунке 8. В качестве выходного клю-
Рис. 8. Внешний вид демонстрационной платы
1521А
Напряжение питания Vin, B
0
Эффективность,%Выходнойток,А
85
30
50 60
80
10 20
40
90
95
100
0,2
0,4
0,6
0,8
Эффективность
Ток
Рис. 9. Зависимости КПД (%) и выходного тока
преобразователя на микросхеме LT3956
от напряжения питания
15 мм
9мм
2,28 мм
15 мм
9мм
2,28 мм
Рис. 10. Внешний вид и габариты микросхем LTM8042, LTM8042 1
Контроллер
токовых
режимов
0,1мкФ
4,7мкГн
0,1мкФ
BSTIN/BKLED –
RUN
SS
PWM
SYNC
VCC
1M
0,1мкФ
28,0к
20,0к
1%
RSNS
0,10Ом (LTM8042)
0,27Ом (LTM8042 1)
2В
GND
RT
TGEN
CTL
TG
LED +
BSTOUT/BKIN
Датчик тока +
Датчик тока –
Схема защиты
от обрыва
светодиодов
(пороговое
напряжение 1 В)
50к
Рис. 11. Структурная схема ИС LTM8042, LTM8042 1
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

ча Q1 применён МОП-транзистор
Si7113DN фирмы Vishay Siliconix. Схе-
ма отличается высокой эффектив-
ностью, которую иллюстрируют зави-
симости КПД (%) и выходного тока
преобразователя от входного напря-
жения на рисунке 9.
Микросхемы LTM8042, LTM8042-1
(2010) – повышающий драйвер свето-
диодов класса μModule и источник то-
ка. Приборы разработаны для питания
светодиодов током до 1 А (LTM8042)
или до 350 мА (LTM8042-1). Драйвер
обеспечивает ШИМ-регулировку яр-
кости в пределах 3000 : 1 и аналоговую
регулировку одним резистором в пре-
делах 10 : 1. Области применения мик-
росхем, рекомендованные изготовите-
лем: подсветка дисплеев, подсветка
автомобильных и авиационных при-
боров, освещение, сканеры. Особен-
ности микросхем:
● регулировка яркости без изменения
цветовых оттенков (технология True
Color PWMTM);
● возможность реализации топологий
Boost, Buck, Buck-Boost;
● широкий диапазон входных напря-
жений 3...30 В;
● интегрированный драйвер затвора
и возможность включения дополни-
тельного p-канального МОП-тран-
зистора для ШИМ-регулировки яр-
кости;
● регулировка частоты коммутации в
пределах 0,25...2 МГц;
● стабилизация тока и напряжения;
● малый ток потребления в состоянии
ожидания (не более 1 мкА);
● промышленный рабочий диапазон
температур –40...125°С.
Внешний вид микросхем показан на
рисунке 10. На рисунке 11 приведена
структурная схема ИС, в её состав вхо-
дит контроллер светодиодов и все не-
обходимые компоненты, в том числе
катушка индуктивности. Схема вклю-
чения ИС в режиме понижающего пре-
образователя показана на рисунке 12.
Драйвер обеспечивает питание свето-
диодов стабильным током 1 А (Uвых до
13,9 В) при изменении входного на-
пряжения в пределах 19...30 В.
Микросхема LTC3675 (2010) – семи-
канальная конфигурируемая микро-
схема управления питанием большой
мощности (High Power PMIC). В состав
ИС входят многоканальный DC/DC-
преобразователь и сдвоенный драйвер
светодиодов. Входное напряжение Vin,
подаваемое на микросхему, может
находиться в пределах 2,7...5,5 В, что
позволяет использовать в качестве
первичного источника питания ли-
тий-ионные аккумуляторы и другие
автономные источники электроэнер-
гии. Основные области применения
микросхемы: мощные (5...10 Вт) уст-
ройства с питанием от аккумуляторов;
портативные промышленные прибо-
ры; ручные терминалы; переносные
измерительные приборы; многока-
нальные источники питания. Особен-
ности микросхемы:
● четыре монолитных синхронных
понижающих DC/DC-преобразова-
теля 1 А/1 А/500 мА/500 мА;
● независимые повышающий (1 А) и
понижающий/повышающий (1 А)
DC/DC-преобразователи;
ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
LTM8042
RTGNDCTL
4,7мкФ
15,8к
fSW = 1МГц
2,2мкФ
UP TO 13,9В
VCC
RUN
PWM
SYNC
TGEN
SS
VIN
19В TO 30В
LED+
TG
BSTOUT/BKIN
BSTIN/BKLED –
1мкФ
1A
Рис. 12. Типовая схема включения ИС LTM8042 и LTM8042 1
Понижающий
преобразователь 1
1A
Понижающий
преобразователь 2
1A
Понижающий
преобразователь 3
500мA
Понижающий
преобразователь 4
500мA
Повышающий
преобразователь
LDO
Драйвер светодиодов
Понижающе повышающий
преобразователь
REF, CLK
Логические схемы,
управляемый
генератор, таймер
GND
I2C
VIN
VIN
Модулятор
Модулятор
ИОН,
генератор,
схемы защиты
+
–
VOUT5
SW5
FB5
VIN
SWAB6
SWCD6
VOUT6
FB6
A
B
D
C
ENBB
LED1
LED2
LED_FS
LED_OV
VIN
LDO_OUT
LDOFB
SW7
DVCC
SCL
SDA
RSTB
IRQB
PBSTAT
WAKE
CT
ONB
VIN
SW1
FB1
EN1
VIN
Двунаправленная
линия
Двунаправленная
линия
Двунаправленная
линия
SW2
FB2
EN2
SW3
FB3
EN3
VIN
SW4
FB4
EN4
Данные ЦАП,
контроль скорости
нарастания, градации,
данные статуса
6
5
2
33
40
42
37
32
35
1
7
8
3
4
9
15
12
10
11
14
13
44
38
36
18,19, 20
17
21
43
23
28
24
25
26
22
41
39
16
31
VIN
34
27
29
30
45
VIN
Рис. 13. Структура микросхемы LTC3675
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
● сдвоенный драйвер светодиодов с
выходным напряжением до 40 В и
управлением по шине I2C;
● программируемые по шине I2C вы-
ходные напряжения, режимы рабо-
ты и параметры коммутации всех
преобразователей;
● малый ток потребления в режиме
ожидания (не более 16 мкА);
● промышленный диапазон рабочих
температур –40...125°С.
Структурная схема ИС приведена на
рисунке 13, в её состав входят
следующие основные узлы: понижаю-
щие DC/DC-преобразователи напряже-
ния; источник опорного напряжения
(ИОН), генератор, схемы защиты; по-
вышающий DC/DC-преобразователь;
понижающий/повышающий DC/DC-
преобразователь; драйвер светодио-
дов; стабилизатор с малым падением
напряжения (LDO); логические схе-
мы, управляемый генератор, таймер;
интерфейс управления (I2C).
Типовая схема включения ИС при-
ведена на рисунке 14. Запуск преоб-
разователей производится высоким
(0,65 B) логическим уровнем на входах
EN1 – EN4 (Buck), ENBB (Buck-Boost).
Управление всеми режимами
микросхемы осуществляется по интер-
фейсу I2C.
ЛИТЕРАТУРА
1. http://cds.linear.com/docs/Press%20Re-
lease/30%20years%20release%20Fi-
nal%2009-26-11%20(4).pdf.
2. http://www.linear.com/products/.
3. Афшин Одабаи. Уменьшение числа ком-
понентов в источниках питания систем
на базе FPGA. Компоненты и технологии.
2011. No 11.
4. http://www.linear.com/products/led_dri-
ver_ics.
5. http://parametric.linear.com/led_dri-
ver_ics.
LTC3675
Встроенная подложка
0,01мкФ
Кнопка
Цифровые
сигналы
управления
От 2,7В до 5,5В
•
•
•
VIN
I2C
EN1
EN2
EN3
EN4
ENBB
IRQB
RSTB
WAKE
PBSTAT
ONB
CT
SW1
SW2
SW3
SW4
SW5
VOUT5
SWAB6
SWCD6
VOUT6
LDO_OUT
SW7
LED1
LED2
VIN
3675 TA01
•
•
•
До 10 светодиодов
в каждой цепочке
VIN
3
От 0,425В до BIN, 1А макс
От 0,425В до BIN, 1А макс
От 0,425В до BIN, 500мА макс
От 0,425В до BIN, 500мА макс
От VIN до 5,35В, 1А макс
От 2,65В до 5,25В, 1А макс
От 0,8В до BIN, 25мА макс
Рис. 14. Типовая схема включения ИС LTC3675
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012
www.soel.ru
«
»
.
:
–
46459
–
36280

В случае использования суперкон-
денсаторов в качестве накопителей
энергии желательно применение спе-
циализированных микросхем. Совре-
менные суперконденсаторы имеют ём-
кость до 100 Ф, но их рабочее напряже-
ние не превышает 2,7 В. Поскольку
большинство систем требуют более
высокого напряжения питания, мно-
гие суперконденсаторы поставляются
как пара соединённых в батарею эле-
ментов в едином корпусе с дополни-
тельным выводом из общей точки.
Микросхема LTC4425 предназначена
для заряда двух соединённых в бата-
рею суперконденсаторов.
АРХИТЕКТУРА LTC4425
Микросхема LTC4425 имеет два ре-
жима работы: нормальный и LDO.
НОРМАЛЬНЫЙ РЕЖИМ
В нормальном режиме LTC4425
представляет собой идеальный диод с
ограничением по току и функциями,
необходимыми для обслуживания су-
перконденсатора (рис. 1). Функция
идеального диода обеспечивается
контроллером идеального диода и
транзисторами MPSNS и MPSW. Тран-
зистор MPSW открывается, когда Vout
меньше Vin более чем на 15 мВ.
Часть (1/1000) тока через вывод Vout
проходит через резистор Rprog, при-
соединённый к выводу PROG, и полу-
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
PSHUNT
NSHUNT
+–
VOUT
VIN
VOUT/2
VMID
VSEL
PROG
GND
RPROG
CBIG
CBIG
FB
R
LBA
R
Цепь
балансировки
RFB1
RFB2
2,7В 2,45В
1,11 В
+
–
VOUT
VIN–15мВ
Контроллер
идеального диода
+
–
Схема
ограничения
напряжения
Переключатель режимов
постоянного напряжения,
постоянного тока,
постоянной температуры
MPSW
×1000
MPSNS
×1
Опорные
напряжения
Генератор профиля
зарядного тока
Токзаряда
750 мВ
250 мВ
1X
10X
1,2 В
1,11 В
0,1 В
Генератор
Таймер
на 200 мс
Компаратор
PGOOD
Компаратор PFI
Включение
зарядного
устройства
+
–
VIN
Компаратор VIN VOUT
VIN VOUT
VIN
VOUT + 250 мВ
VIO
RPF1
RPF2
PFI
EN
PFO
PFI_RET
+
–
PFC
1,2 В
Рис. 1. Структурная схема LTC4425
Зарядное устройство для суперконденсаторов
в системе резервного питания
Джордж Барбехенн (США)
Суперконденсаторы, которыми называют конденсаторы с ёмкостью
до 100 Ф, становятся альтернативой аккумуляторам в приложениях, где
высокая кратковременная мощность важнее общего запаса энергии.
Суперконденсаторы имеют много преимуществ перед аккумуляторами.
Такими преимуществами являются низкое эквивалентное
последовательное сопротивление (ESR) и высокая долговечность
при многократных циклах заряда/разряда.
Публикуется с разрешения Linear Technology (www.linear.com)
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

ченное напряжение сравнивается с
опорным. Как только напряжение на
выводе PROG сравняется с опорным,
ток через вывод Vout ограничивается.
В нормальном режиме функция ста-
билизации управляется не выходным
напряжением, а разностным напряже-
нием Vin – Vout (см. рис. 2). Нормальный
режим включается присоединением
вывода FB к Vin. В нормальном режиме,
пока Vin – Vout > 0,75 В, зарядный ток со-
ставляет 1/10 установленного значения.
Вдиапазоне0,25В<Vin–Vout<0,75В
ток заряда линейно возрастает и дости-
гает запрограммированного значения
приVin–Vout=0,25В.При0,15В<Vin –
– Vout < 0,25 В ток через Vout составляет
1000/Rprog, но не может превышать 2 А.
Транзистор MPSW имеет сопротивле-
ние Rds(on) примерно 50 мОм, поэтому
когда Vin – Vout достаточно мало, оно
может ограничивать ток. Когда Vin –
–
Vout < 15 мВ, идеальный диод выклю-
чается, и выходной ток Vout определяет-
ся лишь током утечки.
РЕЖИМ LDO
В режиме LDO функция стабилиза-
ции управляется не разностным на-
пряжением Vin – Vout, а обратной
связью от выходного напряжения. Ре-
жим LDO включается подсоединени-
ем делителя выходного напряжения к
выводу FB. В этом режиме LTC4425 ве-
дёт себя как стабилизатор напряжения
с ограничением тока нагрузки и заря-
да суперконденсатора. Если напряже-
ние на суперконденсаторе принимает
желаемое значение, LTC4425 продол-
жает отдавать в нагрузку ток, не пре-
вышающий установленное значение.
Если необходимо зарядить супер-
конденсатор почти до напряжения Vin,
то следует вывод FB соединить с об-
щим проводом. В этом режиме петля
обратной связи не работает, и выход-
ное напряжение будет меньше входно-
го или на 15 мВ, или на напряжение
IoutRds(on), смотря какое из них больше.
Микросхема LTC4425 ограничивает
ток через вывод Vout. Этот ток обычно
заряжает суперконденсатор, но может
также питать нагрузку. В режиме LDO
этот ток ограничивается двумя спосо-
бами: с помощью вывода PROG и с по-
мощью схемы теплового ограничения.
В режиме LDO опорное напряжение
PROG составляет 1 В, а ток, протекаю-
щий через подключенный к этому
выводу резистор, составляет 1/1000 от
выходного. Таким образом, макси-
мальный выходной ток составляет
1000/Rprog, но не может превышать 2 А.
Если заряжать суперконденсатор ём-
костью 100 Ф током 2 А, то скорость
изменения напряжения на нём соста-
вит 20 мВ/с. В процессе заряда выделя-
ется значительная тепловая мощность,
которая составляет обычно несколь-
ко ватт. Если часть выходного тока
LTC4425 уходит в нагрузку, то время за-
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
VIN–VOUT, В
Ток зарядки, А
0,6
0,5
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1/10
1/10
максимального
максимального
тока
тока
1/10
максимального
тока
Ток ограничен
Ток ограничен
сопротивлением
сопротивлением
RDS(on)
DS(on)
Ток ограничен
сопротивлением
RDS(on)
Падение напряжения
Падение напряжения
на идеальном диоде 15 мВ
на идеальном диоде 15 мВ
Падение напряжения
на идеальном диоде 15 мВ
Максимальный ток зарядки
Максимальный ток зарядки
Максимальный ток зарядки
VFB = VIN
RPROG = 2k
Рис. 2. В нормальном режиме профиль тока
заряда суперконденсатора предотвращает
броски тока
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012
www.soel.ru
«
»
.
:
–
46459
–
36280

ряда суперконденсатора увеличива-
ется. Микросхема LTC4425 содержит
цепь ограничения выходного тока, ко-
торая не позволяет кристаллу нагреть-
ся выше 105°C. Это линейная цепь,
предназначенная для работы при нор-
мальных условиях эксплуатации, а не
цепь защиты, которая способна лишь
предотвратить разрушение кристалла.
ОСОБЕННОСТИ LTC4425
Ограничение напряжения
Напряжение ограничивается на каж-
дом из последовательно соединённых
суперконденсаторов и не может пре-
высить определённого значения. Это
напряжение может составлять 2,45
или 2, 7 В, оно выбирается с помощью
вывода SEL.
Предположим, что входное напря-
жение 6 В и вывод FB заземлён. Мик-
росхема LTC4425 работает в режиме
LDO и пытается зарядить суперконден-
саторы до входного напряжения. За-
щита по напряжению включится, как
только напряжение на любом из супер-
конденсаторов достигнет номиналь-
ного значения.
Для поддержания мощности рассея-
ния в допустимой области LTC4425 ав-
томатически снижает ток заряда до
1/10 от установленного значения, как
только напряжение на любом из супер-
конденсаторов приближается к напря-
жению ограничения.
Компенсатор утечки
Микросхема LTC4425 определяет
любой разбаланс напряжений на су-
перконденсаторах, сравнивая Vmid и
Vout, и меняет ток через вывод Vmid для
его устранения.
Компенсатор утечки микросхемы
LTC4425 предназначен в основном для
устранения последствий собственной
утечки суперконденсатора, поэтому мак-
симальный ток компенсации составляет
около 1 мА. Тем не менее, взаимодей-
ствие ограничителя напряжения и ком-
пенсатора утечки позволяет устранить
даже большой разбаланс. Разбаланс во
время зарядки может возникнуть из-за
того, что ёмкости соединённых в бата-
рею суперконденсаторов отличаются.
При зарядке одинаковым током напря-
жение на конденсаторе с большей ём-
костью будет ниже, чем на конденсаторе
с меньшей ёмкостью. Таким образом,
напряжение на меньшем конденсаторе
войдёт в ограничение до того, как боль-
ший конденсатор зарядится, что приво-
дит к разбалансу батареи. Компенсатор
разбаланса начнёт работать и со време-
нем сбалансирует батарею.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
LTC4425
GND
+
–
Li Ion
VIN
VOUT VIN
≅
VIN
IMONITOR
1,5 M
1,2 M
2,2 мкФ
PFI
PFI_RET
SEL
От микроконтроллера
EN
2,45 В/2,7 В
2k
PROG
PFO
470 k
FB
1Ф
1Ф
К нагрузке
с большим пиковым
потреблением
VMID
+
Рис. 3. Заряд двух последовательно соединённых суперконденсаторов от Li ion источника
+
+
1,5 M
1,2 M
47k
1,02 M
562 k
SHDN
499 Ом
VDD
10 мкФ
10 мкФ
L2
2,2 мкГн
M1B
1⁄2Si7913DN
M1A
1⁄2 Si7913DN
VSC
MODE
FB
SW
GND
EPAD
PGND
LTC3539
VIN
VOUT
VOUT1
VMID
VIN1
LTC4425
EPAD
PFI
PFI_RET
EN
SEL
PROG
FB
CSC*
550 мкФ
ICHARGE = 1000/R
ICHARGE = 2A
*CSC: 550 мФ 5,5 В CAP XX HS206F (×1, ×2, ×3, OR×4)
L1: 1 мкГн LPS4018 102MLC
L2: 2,2 мкГн LPS4018 222MLC
PFO
22 мкФ
×2
•
V1
E1
GND
E2
V2
H1
VS
H2
LTC4416
G2
G1
H1
H2
47k
47k
3,3 В
L1
1 мкГн
VIN
RLIM
RUN
FB
PGOOD
SW
GND
EPAD
GND1
LTC3606
10 мкФ
1000 пФ
VDD
OR
3,4 В
22 мкФ
VIN(BUCK)
54,9 k
1,21 M
267 k
•
Вставить перемычку
для отключения
преобразователя
VIN
VOUT
Рис. 4. Законченная система непрерывного питания на основе суперконденсаторов
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

Вывод
Микросхема LTC4425 контролирует
напряжения Vin и Vout в зависимости от
режима работы. Сигнал
принима-
ет состояние «лог. 0», если в нормаль-
ном режиме работы напряжение на
выводе PFI ниже 1,2 В, или Vin – Vout >
> 250 мВ, или если в режиме LDO Vfb <
< 1,11 В. Таким образом, сигнал
может использоваться для подключе-
ния нагрузки к суперконденсатору при
снижении Vin (см. рис. 3)
Это особенно полезно, если ток
нагрузки существенно выше макси-
мально допустимого выходного тока
LTC4425. Сигнал
может использо-
ваться для подключения нагрузки к су-
перконденсатору только при пропа-
дании Vin.
Сигнал
индицирует как пропа-
дание входного напряжения, так и низ-
кое напряжение на выводе FB. В режи-
ме LDO вывод FB заземлён, поэтому
сигнал
находится постоянно в
состоянии «лог. 0» и маскирует любые
сбои по Vin.
СИСТЕМА РЕЗЕРВНОГО
ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ
СУПЕРКОНДЕНСАТОРА
Многие электронные системы тре-
буют наличия системы резервного пи-
тания, способной поддерживать их ра-
ботоспособность при кратковремен-
ных отключениях энергии. В таких
случаях некоторым системам нужно
время для сохранения состояния, или
обнуления памяти, или завершения за-
дач. К примеру, винчестер должен при-
парковать головки, чтобы они не по-
вредили поверхность дисков. Это при-
мер электромеханической системы,
которой нужно 20...100 мс резервного
питания для полного завершения ра-
боты.
Ещё одним примером является влия-
ние крупных электрических машин на
энергетические системы. Когда запус-
кается большой электродвигатель, на-
пример, кондиционера или лифта, на-
пряжение в сети может на некоторое
время заметно упасть. Обычно запаса
энергии в конденсаторах блоков пи-
тания электронных приборов хватает
на очень короткое время, оно может
оказаться недостаточным. Приборам,
питающимся от сети, необходим спо-
соб сохранения работоспособности на
время восстановления напряжения пи-
тания.
Конечно, система резервного пита-
ния может быть создана на основе
аккумуляторов, но во многих случаях
для удовлетворения требований по ре-
зервному питанию потребуются очень
большие батареи аккумуляторов. Хотя
аккумуляторы могут запасать много
энергии, отдаваемая ими удельная
энергия невелика из-за их значитель-
ного внутреннего сопротивления.
Аккумуляторы также имеют сравни-
тельно короткий жизненный цикл,
обычно 2–3 года, кроме того, существу-
ют довольно жёсткие требования по
уходу за ними и их зарядке.
Суперконденсаторы хорошо подхо-
дят для систем резервного питания
нагрузок с высоким импульсным по-
треблением. Низкое внутреннее сопро-
тивление позволяет им отдавать за ко-
роткое время высокую мощность, и
они существенно более надёжны, чем
аккумуляторы.
СИСТЕМА РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ
На рис. 4 приведена законченная сис-
тема резервного питания, использую-
щая микросхемы LTC4425, LTC4416,
LTC3539 и LTC3606. Печатная плата по-
казана на рис. 5 . Система может выда-
вать напряжение 3,3 В при токе 200 мА
в течение почти 8 с.
На LTC3606 собран понижающий
стабилизатор с выходным напряжени-
ем 3,3 В. Микросхема LTC4416 выпол-
няет функцию 2ИЛИ на идеальных ди-
одах, обеспечивая максимальный КПД
при переключении на работу от супер-
конденсатора. Микросхема LTC3539
является повышающим стабилизато-
ром с отключаемым выходом. Этот по-
вышающий стабилизатор работает с
входным напряжением до 0,5 В и выда-
ёт выходной ток до 1,3 А × Vout/Vin. В ка-
честве суперконденсатора применён
CAP-XX HS206F ёмкостью 0,55 Ф и но-
минальным напряжением 5,5 В.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ
РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ
На рис. 6 показано выходное напря-
жение системы резервного питания
при отключённом повышающем ста-
билизаторе LTC3539. Время работы с
момента отключения питания до сни-
жения выходного напряжения до 3 В
составило 4,68 с. На рис. 7 показано вы-
ходное напряжение системы резерв-
ного питания при включённом повы-
шающем конверторе LTC3539. Время
работы с момента отключения пита-
ния до снижения выходного напряже-
ния до 3 В составило 7,92 с.
Если повышающий стабилизатор
LTC3539 выключен, то при исчезнове-
PFO
PFO
PFO
PFO
PFO
PFO
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Рис. 5. Плата, использованная для проверки схемы с рис. 4
1s/DIV
VDD
VSC AND
VIN(BUCK)
1/DIV
VDD
1V/DIV
3V3
2V/DIV
3V3
3V3
VSC AND
VIN(BUCK)
Рис. 6. Если Повышающий конвертер отключен,
схема резервного питания может отдавать
в нагрузку 0,67 Вт в течение 4,68 с
VDD
VSC AND
VIN(BUCK)
1/DIV
VDD
1V/DIV
3V3
2V/DIV
1s/DIV
VSC
VSC
3V3
VIN(BUCK)
Рис. 7. С повышающим конвертером схема
резервного питания может отдавать в нагрузку
0,67 Вт в течение 7,92 с
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

нии питающего напряжения идеаль-
ные диоды подключают вход понижа-
ющего стабилизатора LTC3606 к супер-
конденсатору. На рис. 6 напряжение на
суперконденсаторе Vsc линейно сни-
жается благодаря постоянству отдава-
емой понижающим стабилизатором в
нагрузку мощности 200 мА × 3,3 В.
Когда входное напряжение LTC3606
достигает граничного значения, его
выходное напряжение начинает по-
вторять входное. Через 4,68 с после
отключения внешнего питания напря-
жение на суперконденсаторе снижает-
ся до 3 В, и выходное напряжение ста-
билизатора опускается ниже 3 В. По-
нижающий стабилизатор продолжает
отслеживать напряжение на суперкон-
денсаторе до уровня 2 В, после чего
отключается.
На рис. 7 напряжение на суперкон-
денсаторе Vsc также линейно снижает-
ся благодаря постоянству мощности,
отдаваемой понижающим стабилиза-
тором в нагрузку. Когда это напряже-
ние достигает значения 3,4 В, повыша-
ющий стабилизатор начинает работу.
Идеальный диод закрывается и отклю-
чает понижающий стабилизатор от
суперконденсатора. Его входным на-
пряжением является теперь выходное
напряжение повышающего стабили-
затора 3,4 В. Суперконденсатор теперь
начинает разряжаться экспоненциаль-
но, поскольку входное напряжение по-
вышающего стабилизатора падает, и
он отбирает всё больше и больше тока
для поддержания постоянного выход-
ного напряжения 3,4 В.
Поскольку входное напряжение по-
нижающего стабилизатора остаётся на
уровне 3,4 В, его выходное напряже-
ние остаётся стабилизированным. Ко-
гда входное напряжение повышающе-
го стабилизатора опускается до уровня
UVLO, он выключается, и его выходное
напряжение немедленно исчезает, по-
сле чего выключается и понижающий
стабилизатор.
ЭКОНОМИЧНОСТЬ СИСТЕМЫ
РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ
Какое напряжение должно быть
установлено на выходе повышающего
стабилизатора? Очевидно, работа сис-
темы с повышающим стабилизатором
и без него одинакова, пока входное
напряжение понижающего стабилиза-
тора не достигнет порога. Одним из
решений является минимизация вре-
мени, в течение которого работает по-
вышающий стабилизатор, поскольку
каждый дополнительный каскад ста-
билизации снижает КПД системы. В
данном случае мы установили выход-
ное напряжение повышающего стаби-
лизатора на уровне 3,4 В, предельно
близко к минимально возможному
значению входного напряжения по-
нижающего стабилизатора.
Повышающий стабилизатор должен
иметь синхронный выпрямитель для
достижения максимально возможно-
го КПД. Повышающий стабилизатор
должен работать с минимально воз-
можным входным напряжением для
увеличения высвобождаемой из супер-
конденсатора энергии.
Если суперконденсатор заряжен до
5 В, его энергия составляет:
.
Выходная мощность составляет
3,3 В × 0,2 А = 0,67 Вт. Таким образом,
КПД системы без повышающего ста-
билизатора составляет:
.
С повышающим стабилизатором
КПД составляет:
.
В случае применения повышающего
стабилизатора процент высвобожден-
ной из суперконденсатора энергии по-
высился с 45,1 до 77%, следовательно,
можно применять более дешёвый кон-
денсатор с меньшей ёмкостью.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренная здесь система резерв-
ного питания использует суперкон-
денсатор ёмкостью 0,55 Ф, энергии
которого достаточно до того, чтобы
микроконтроллер успел завершить вы-
полняемые им задачи. Одним из путей
увеличения времени работы системы
резервного питания является исполь-
зование повышающего стабилизато-
ра, который позволяет увеличить вы-
свобождаемую суперконденсатором
энергию на 30%. Это особенно акту-
ально, если рабочее напряжение су-
перконденсатора снижено для увели-
чения его надёжности в условиях по-
вышенной температуры. Кроме того,
стабильность выходного напряжения
во времени существенно повысилась
благодаря тому, что стабильно входное
напряжение оконечного стабилиза-
тора.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
WWW.SOEL.RU
© СТА ПРЕСС
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 3 2012

ВВЕДЕНИЕ
Любому асинхронному DC/DC пре
образователю требуется так называе
мый антипараллельный (freewheeling)
диод. Чтобы оптимизировать общую
эффективность решения, в качестве
такого диода обычно выбирают диод
Шоттки, основная особенность кото
рого – малое падение напряжения при
прямом включении. Во многих случа
ях разработчики используют диод, ре
комендованный программой, при по
мощи которой происходит расчёт
преобразователя. Такой подход не
всегда является оптимальным. Более
того, если в программе не учитывает
ся динамическая связь между тепло
выми параметрами и током утечки,
вполне вероятно, что реальные рабо
чие характеристики устройства будут
значительно отличаться от тех, кото
рые получены в результате анализа
или моделирования. В этой статье об
суждаются некоторые типичные па
раметры, которые необходимо прове
рить, чтобы правильно выбрать диод,
а также объясняется, как с помощью
этих параметров быстро убедиться
в том, что выбранный диод будет
должным образом выполнять свою
функцию.
ПРОВЕРЬТЕ ПОТЕРИ
На рис. 1 приведена базовая блок
схема асинхронного DC/DC преобра
зователя с пошаговым понижением
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
напряжения. D1 и есть требуемый ди
од Шоттки. Слева показан ток при за
мкнутом переключателе S1 (интервал
времени T1), справа – при разомкну
том переключателе S1 (интервал вре
мени T2).
В интервале T2 через диод D1 проте
кает выходной ток (Iout). Потери не
посредственно связаны с прямым на
пряжением (Vfw) диода D1 и выходным
током:
PT2 = IoutVfw.
Естественно, мы хотим снизить
напряжение Vfw до минимума, что
бы ограничить потери и выделение
тепла.
В интервале T1 диод D1 находится
в закрытом состоянии. Через него те
чёт только обратный ток. Этот ток
относительно мал и в основном
определяется блокирующим или
входным напряжением Vin. Резуль
тирующие потери мощности на дио
де за время T1, которые мы обозначи
ли PT1, можно приближенно оце
нить как:
PT1 = IrVin.
В процессе проектирования для
любого диода Шоттки принимается
компромиссное решение. Устройство
оптимизируется таким образом, что
бы достичь либо низкого значения
напряжения Vf, либо низкого значе
ния тока утечки Ir. Оптимизировать
оба параметра одновременно невоз
можно. Итак, когда мы стремимся
получить низкое напряжение Vf, всё
заканчивается повышением тока Ir,
и наоборот. При разработке реально
го приложения важно принимать во
внимание не только значения Vf или Ir,
но и их поведение во время работы
устройства. И Vf, и Ir зависят от темпе
ратуры. С ростом температуры Vf сни
жается, реально сокращая рассеяние
тепла при нагревании диода. Однако,
и это часто крайне нежелательно, ток
Ir при повышении температуры на
растает. Поэтому чем выше темпера
тура диода, тем больше ток утечки и
больше внутренние потери мощнос
ти, соответственно, диод нагревается
ещё больше, при этом ток утечки уве
личивается, и т.д .
Возьмём, к примеру, проектирова
ние обычного асинхронного DC/DC
преобразователя: можно провести
базовый анализ, чтобы определить
внутреннее рассеяние мощности ди
ода и температуру, которую будет
иметь готовое устройство. Рабочий
коэффициент заполнения DC/DC
преобразователя определяется как
отношение выходного напряжения
к входному (DC = Vout/Vin). Чем ни
же значение этого отношения, тем
больше величина интервала T2 и
тем существеннее вклад потерь PT2
в общие потери мощности диода.
И наоборот, увеличение T1 (или
отношения Vout к Vin) снижает вклад
потерь PT2 в общие потери мощ
ности и повышает вклад потерь
PT1.
Рассмотрим два DC/DC преобразо
вателя, оба с входным напряжением
24 В, выходное напряжение одного из
них 18 В, а другого – 5 В. Вычислив от
ношение Vout к Vin, мы получим коэф
фициент заполнения и сможем рас
считать общие потери мощности в ди
оде, используя значения Vf и Ir из
спецификации. Затем на основе обще
го рассеяния мощности найдём резуль
тирующую температуру диода и реаль
ные значения Vf и Ir при этой темпе
ратуре. И наконец, по вычисленной
температуре диода пересчитаем внут
ренние потери мощности. Для повы
шения точности такую итерационную
процедуру можно повторить несколь
ко раз, однако чтобы получить общую
оценку, а также найти компромисс
между Vf и Ir, достаточно одной ите
рации.
Расчёты температуры устройства
проводятся с использованием основ
ных температурных зависимостей,
аналогичных формулам, связываю
T1
Pd1=PT1=Vin*Ir
Pd1=PT2=Vf*Iout
Vin
Vin
T2
Рис. 1. Базовая блок схема асинхронного
DC/DC преобразователя
Диоды Шоттки для управления питанием
Эрнст Брон (Нидерланды)
Выбор антипараллельного диода для DC/DC преобразователя является
не таким простым, как кажется с первого взгляда. Неправильно
подобранный диод снижает не только эффективность преобразователя,
но и его надёжность из за собственного перегрева.
Печатается с разрешения NXP Semiconductors (http://www.nxp.com/)
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 5 2012
© СТА ПРЕСС

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
щим напряжение, ток и сопротивле
ние. Если известно внутреннее рассея
ние мощности в устройстве (Ptot), то,
умножив это значение на общее тепло
вое сопротивление на границе p–n пе
реход–среда (Rtja), вычислим повы
шение температуры на переходе уст
ройства. Добавив к этому значению
температуру окружающей среды, по
лучим окончательное значение темпе
ратуры на p–n переходе устройства
при конкретном значении рассеяния
мощности и температуры окружаю
щей среды.
На рис. 2 результаты нашего анали
за представлены в виде графика. В
данном примере расчётов использо
вались диоды PMEG3050BEP (опти
мизирован по низкому значению Ir) и
PMEG3050EP (оптимизирован по низ
кому значению Vf). Выходной ток из
менялся в пределах от 1 до 3 А. Срав
нение температуры проведено для
диодов двух типов: с низким значе
нием Vf и с низким значением Ir. На
чальная температура предполагалась
равной 25°C. Ta – расчётное значение
температуры после первой итерации,
Tb – после второй итерации. Слева
приведены результаты для DC/DC
преобразователя с выходным напря
жением 5 В, справа – с выходным на
пряжением 18 В (в обоих случаях
входное напряжение составляло 24 В).
В расчётах температуры использо
валось базовое значение Rtja, равное
200 K/Вт, затем делались поправки с
учётом коэффициента заполнения. В
спецификациях диодов Шоттки при
ведены кривые температурных ха
рактеристик переходных процессов,
позволяющие разработчикам опре
делить реальное тепловое сопротив
ление при импульсных токах с кон
кретными коэффициентами заполне
ния (тепловые характеристики для
импульсных токов короткой длитель
ности оказываются лучше, чем для
постоянных токов). Обратим внима
ние на то, что общее тепловое сопро
тивление конкретного диода в любом
приложении зависит от множества
факторов, наиболее важным из кото
рых является компоновка печатной
платы.
Из рис. 2 видно, что в обоих случа
ях при температуре Tb, полученной
после второй итерации, диод с низ
ким напряжением Vf начинает нагре
ваться. Механизм этого явления со
стоит в том, что для данного тока
диод нагревается из за потерь мощ
ности за промежуток времени T2
(PT2). По мере того как температура
повышается, ток утечки Ir увеличива
ется, а прямое напряжение Vf снижа
ется. Однако Ir растёт намного быст
рее, чем снижается Vf. В результа
те общее тепловое рассеяние диода
быстро возрастает. При более высо
ких выходных токах потери PT2 ока
зываются выше, значение PT1 растёт
быстрее, поэтому наклон кривой ста
новится круче.
Кроме того, мы видим, как влияет
отношение выходного напряжения к
входному. Левая часть графика соот
ветствует DC/DC преобразователю с
выходным напряжением 5 В и с низ
ким коэффициентом заполнения. Бо
лее низкое значение коэффициента
заполнения означает более длитель
ный промежуток T2, а значит, увели
чение потерь PT2. Следовательно,
нагрев на начальном этапе происхо
дит быстрее, соответственно, быстрее
нарастает ток Ir и увеличиваются по
тери PT1. В итоге при увеличении вы
ходного тока температура диода по
вышается быстрее. При более высо
ких токах мы видим, что температура
действительно выходит за пределы
указанного рабочего диапазона. На
графике справа благодаря более вы
сокому выходному току (18 В) коэф
фициент заполнения существенно
больше, что позволяет удержать под
контролем потери PT2. Диод нагрева
ется меньше, а значит, меньше ток
утечки Ir и потери PT1 и, как след
ствие, меньше общее повышение тем
пературы.
В целом можно сказать, что чем
больше коэффициент заполнения
(другими словами, чем ближе выход
ное напряжение к входному), тем
лучше тепловое поведение диода.
Так, например, если мы выполним
расчёты, аналогичные вышеприве
дённым, то увидим, что преобразова
тель, изменяющий напряжение с 12
до 2,5 В, подвергает диод более высо
ким нагрузкам, чем преобразователь
12 В–5 В.
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ УХОД
Упомянутый ранее эффект повыше
ния тока утечки Ir с ростом температу
ры может привести к общеизвестной
проблеме – так называемому тем
пературному уходу. Повышение тем
пературы устройства провоцирует
дальнейшее её повышение – и так до
некоторого предела, после чего про
исходит разрушение компонента.
Поэтому настоятельно рекомендует
ся проводить тщательную проверку
любой схемы на предмет данного яв
ления.
В настоящее время при проекти
ровании силовых схем обычно ис
пользуют моделирование. Для этого
применяют либо стандартные инст
рументальные средства, либо обще
доступные средства на базе веб ин
терфейса. Обязательно проводите
двойную проверку тепловых характе
ристик. Всегда существует вероят
ность того, что инструментальное
средство использует некорректную
тепловую модель диода, который
предполагается установить в схему,
или же тепловые параметры (в случае
очень сложной платы) не согласуются
с реальными параметрами проектиру
емой схемы. Кроме того, как уже долж
но быть ясно из данного обсуждения,
не все диоды одинаковы, поэтому
крайне нежелательно моделировать
схему с «аналогичным» диодом, а за
тем предполагать, что её температур
ное поведение (и потому, возмож
но, электрическое поведение) будет
таким же. Хотя это и не всегда удаёт
ся реализовать на практике, рекомен
дуется всякий раз создавать прототи
пы для проверки правильности по
ведения.
Ток, А
Температура, °С
0,00
1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
50,00
100,00
150,00
200,00
Low Vf, Ta
Low Ir, Ta
Low Vf, Tb
Low Ir, Tb
24B—>5B
Ток, А
Температура, °С
0,00
1,00 1,50 2,00 2,50 3,00
10,00
20,00
40,00
30,00
50,00
Low Vf, Ta
Low Ir, Ta
Low Vf, Tb
Low Ir, Tb
24B—>18B
Рис. 2. Расчётная температура диодов Шоттки в DC/DC преобразователях с различным выходным
напряжением
WWW.SOEL.RU
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ No 5 2012
© СТА ПРЕСС

РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Обзор подготовил
В.Н. ГОЛОЛОБОВ
http://vgololobov.narod.ru/
http://vgololobov.poplinux.ru/
E
-
mail: vgololobov@yandex.ru




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Двухполярный блок питания ± 0 В
–
19 В
(
LM
317
T
,
LM
337
T
)
Dual Tracking ±
0V
–
19V Power Supply
Nicholas Vinen, Everyda
y Practical Electronics, 2012,
№
6,
с
.
24
-
33
,
№
7,
с
.
34
-
47
Блок питания может использо
-
ваться в качестве двухполярного с
обозначенными
пределами регу
ли
-
ровки и однополярного с пре
дела
ми
0
...
38
В и допустимым током наг
руз
-
ки 1,6
А в первом случае и 0,9
А во
втором. Допустимый ток в наг
руз
ке
может быть задан (ограничен).
Точность установки напряжения
0,1% для потребляемого тока 1
А в
первом режиме, и до тока 500 мА во
втором.
Дисплей отображает положитель
-
ное и отрицательное напряжение и
ток, полное напряжение и ограниче
-
ние тока. Режим работы дисплея
определяется переключателем
S
1,
одна плата которого определяет
режим работы, вторая
«заведует»
отображением десятичной точки.
В
качестве дисплея можно использо
-
вать Jaycar QP
-
5580 или
Altronics
Q0571 измерител
ьные панели
.
Точность отображ
ения
напряжения
на дисплее не хуже 1%.
Питается устройство от сети
пере
ме
нного тока и имеет дополни
-
тельный выход 5 В, 750 мА для
подключения цифровых микросхем и
микроконтроллеров.
В устройстве использованы стан
-
дартные компоненты, но, благодаря
использованию линейного режима
работы, оно имеет превосходные
регулировочные хара
ктеристики и
малый уровень шумов.
Поскольку блок питания двух
-
полярный в нормальных условиях
отрицательное напряжение совпа
-
дает с положительным. Другими
словами, если положительное напря
-
жение настроено
, например,
как
9
,
3
В, то отрицательное напряжение
будет
-
9
,
3 В.
Регулировка произво
-
дит
ся одним потенциометром
VR
1, то
есть, для установки напряжения
достаточно одной ручки.
Ограниче
-
ние тока устанавливается вторым
регулятором
VR
2, то есть, второй
ручкой на передней панели. Дисплей
отображает задаваемый ток ограни
-
че
ния, таким образом, нет необходи
-
мости подключать при этом нагрузку.
Сетевой адаптер можно выполнить по следующей схеме




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
На регулятор положительного напряжения
REG
1 управляющее напряжение подаётся непо
-
сред
ств
енно
с
VR
1, а на регулятор отрицательного напряжения
REG
2 через ОУ
IC
4
b
.
Стабилизатор напряжения
REG
5 служит для создания питающего напряжения 5В для цифровых
микросхем.
На передней панели кроме регуляторов и переключателя установлены светодиоды
индикации
то
ка
LED
3,
LED
4, светодиод
LED
5
превышения током в нагрузке заданного ограничителем и
индикатор включения
LED
6.
Конструкция основной платы выполнена таким образом, чтобы в качестве радиаторов для всех
регуляторов напряжения использовать металлическое шасси.
Микросхемы регуляторов крепятся к
шасси через токоизолирующие прокладки, крепёжные винты снабжаются изолирующими втул
-
ками. Однако мощность, рассеиваемая каждой из микросхем, может достигать 30
Вт, поэтому
изолирующие прокладки должны иметь хорошую теплопр
оводность.
Переключатель, потенцио
-
мет
ры регуляторов с индикаторами и выключателем, а также дисплей выполняются на отдельных
платах, которые крепятся к передней панели шасси.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Маломощное зарядное устройство
USB
для автомобиля или мотоцикла
(
LTC
1174
)
Low
-
Power
Car/Bike USB Charger
Nicholas Vinen, Everyda
y Practical Electronics, 2012,
№
5
,
с
.
30
-
37
Устройство предназначено для
зарядки через
USB
-
порт гаджетов от
автомобильного или мотоциклетного
аккумулятора 12 В. Оно имеет КПД
89% и обеспечивает зарядный ток
до
525 мА. Более того, оно не разря
жает
аккумулятор даже тогда, когда остаё
т
-
ся включённым, если вы забыли
выключить ваше
USB
устройство.
Эти параметры обеспечиваются
DC
/
DC
-
преобразователем
LTC
1174
CN
8
от
Farnell
.
Параметры устройства
Выходное напряжение:
4.75
В
–
5.25
В
Выходной ток:
приблизительно 525
мА
Диапазон входных напряжений:
6
В
–
16
В
Требуемый входной ток:
максимум 300
мА при 12
В
Выходные пульсации:
110
мВ от пика до пика, 30 мВ
RMS
при 500
мА
Регулирование наг
рузки:
50
мВ при 12
В, 0
-
500
мА (1%)
Регулирование линии:
16
мВ при 450
мА, 7.0
В
–
13.0
В (0.32%)
Ток без нагрузки:
160 мкА
Эффективность:
89%
Частота переключения:
10
Гц
–
120 кГц
Некоторые
USB
устройства требуют смещения
D
+
и
D
-
выводов для зарядки. Смещение может
обеспечиваться резисторами, как показано на рисунке ниже. Все резисторы 0.25Вт и могут быть
добавлены на печатную плату.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Контроллер
о
свещени
я
от
солнечной
батареи
(
PIC
16
F
88
)
Solar
-
Powered
Lighting Controller
John Clarke
, Everyda
y Practical Electronics, 2012,
№
5
,
с
.
38
-
46
,
№
6
,
с
.
35
-
39
Освещение можно использовать в саду, в сарае, и
даже в кемпинге, ч
т
о обеспечивается солнечной
панелью 5
Вт, аккумулятором 12
В и контроллером,
обеспечивающим оптимальный заряд аккумулятора.
Устройство идеально подходит для
светодиодных
осветителей.
PIR
-
датчик включает внешний свет,
контролируемый датчиком освещё
нности и таймером.
Контроллер может работать с 12
В компактными
флуоресцентными лампами, 12
В галогеновыми
лампами и
LED
, питаемыми постоянным током через
регулятор.
Транзис
тор
QT
4 (
MOSFET
IRF
540
) необходимо
снабдить радиатором. Значение резистора
R
1
выбирается из таблицы:
Необходимо
также
учитывать, что
PIR
-
детекторы
разных производителей могут подключаться по
-
разному.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Тестер
для
ремонта и налаживания
устройств
, подключаемых к
~
220 В
(
LPC1768
)
AC Tester
.
Testing, Troubleshooting, and Debugging
Kevin Gorga
,
Circuit Cellar
,
2012,
№
6
,
с
.
14
-
21
Безопасность имеет наивысший приоритет. Работая с
прототипами, при налаживании и
ремонте оборудования
будет полезно устройство, имеющее изолированный
источник изменяемого
переменного
нап
ряжения и
электронный
автоматический выключатель
электр
оп
и
тания
.
Тестер
позволяет
регулировать
входное переменное
напряжение, например, проверяя реакцию оборудования
как
на пониженное
, так и
повышенно
е
питающее
напряжение
.
Напряжения
питания
и
потребляемые
токи
отображаются на
аналоговы
х
и цифровы
х
измерител
ях
,
первы
е для удобства быстрого определения, вторые для
точ
ности. Измерениями
«
заведует
»
микроконтроллер
.
Входное напряжение проходит через
ЛАТР
(
variac
)
и изолирующий трансформатор.
Далее идет
через токоограничивающую лампу,
электронный
автоматический выключатель
и дополнительный
измеритель мощности. Встроенный процессор измеряет напряжение и токи для цифровых
дисплеев. Он также управляет
электронны
м
автоматически
м
выключател
ем
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Тестер пере
менного тока использует и цифровой метод измерения, обеспечивающий должную
точность, и имеет аналоговые измерители, позволяющие быстро оценить величину тока и
напряжения.
Изолирующий трансформатор имеет переключение
~
110
-
220 В.
Токоограничиваю
-
щие лампы им
еют раз
личную
мощность, то есть, разное сопротивление спирали.
Представляют интерес схемотехнические решения отдельных
модулей и
узлов устройства.
Схема
модуля
датчика тока и
электронн
ого
автоматическ
ого
выключател
я
.
Триак
Q
2
используется для
коммутации
электро
питания
.
U
2
–
это
ACS
710
аналоговый датчик тока Холла с переключаемым фильтром
шума на
Q
3
-
Q
5
.
Схема узла измерения и
установки тока включает
в себя:
выпрямитель
U
6
A
и
B
,
формирователь
средней точки
питания
,
усилитель
U
8
A
,
компаратор перегрузки по току
U
7
C
,
пиковый компаратор
U
7
D
.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Сигнал соответствия
потребляемого тока допустимому
формируется двумя путями
:
с
игнал среднего уровня
-
через выпрямитель
U
9
A
и фильтруется конденсатором
C
16;
пиковый проходит через усилитель выборки и запоминания
U
11.
Встроенный процессор выбирает сигналы через аналоговый мультиплексор
U
10.
U
41 с
оздаёт образцовый импульс для выборки и запоминания.
Переключается
U
41
пиковым компаратором
U
7
D
.
Схема
измерител
я
мощности
на
U
37
(
ADE7753
)
. Он возвращает данные по
SPI
интерфейсу
.
Трансформатор тока Т6 выделяет ток нагрузки.
R
8
6
,
R
87
и
R
88
–
аттенюатор образцового тока.
Файлы проекта, включая исходный код для МК можно найти по ссылке:
ft
p://ftp.circuitcellar.com/pub/Circuit_Cellar/2012/263




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Батарея
Эдисона
The Edison Cell
Walter Noon III, Nuts&Volts, 2012, № 2,
с
. 38
-
43
Почти каждый день мы слышим о новых прорывах на
пути приближения к ускользающей цели по созданию
реально работающей системы аккумуляторных батарей.
Возможно, однажды мы пол
учим батарею, которая не
будет демонстрировать эффекта «памяти», которая
может быть полностью разряжена и перезаряжена без
ущерба, и которая не потребует сложной компьютеризи
-
ро
ванной системы обслуживания. Она может оказаться
даже настолько прочной, что б
удет защищена от
повреждений при вибрациях и от химических протечек.
При эксплуатации такая батарея может запросто пере
-
жить автомобиль или машину, для которой она пред
-
назначалась. И ещё, мы можем добавить к списку наших
пожеланий в части невозможного: ма
лую токсичность
материалов, простоту конструкции и, конечно, хорошую
энергоёмкость. Не
слишком
ли
много
мы
хотим, чтобы
надежда ещё оставалась?
Томас Эдисон не думал так, когда в 1899 году,
работая над пионерской разработкой Вальдемара
Джангнера, он запат
ентовал батарею со всеми этими
характеристиками. Это была мечта Эдисона, что элек
-
тромобиль, сегодняшний лидер в популярности, легко
превзойдёт автомобиль с двигателем внутреннего
сгорания
или паровой, став «автомобилем дня» его
времени и нашего.
Батарея
Эдисона имела большую энергоёмкость, чем популярные
свинцово
-
кислотные акку
муляторы и вдвое быстрее заряжалась.
Поразительно, но она не страдала от полного разряда (даже оставаясь
закороченной на годы), и подзарядка время от времени тоже её
устраивала. В
руководстве было даже рекомендовано проделывать это
ежемесячно!
Эдисон предполагал, что срок жизни батарей будет не менее
четырёх лет, но использованные материалы оказались столь
стабильны (из
-
за низкой растворимости реагентов в электролите), что
некоторы
е из них сохранили свою полную ёмкость сегодня, спустя
более 50
-
и лет!
Было несколько проблем с батареей Эдисона, включая малую
пригодность к низким темпе
ратурам, высокий саморазряд при
хранении (от 20% до 40% в месяц) и более медленный, чем обычно,
цикл
заряд
-
разряд (65%). Хотя практическая природа этих батарей
была неоспорима, возможно, эти «
не
огранён
н
ые
алмазы» заслуживают
более пристального внимания, чтобы понять, какие современные
технологии можно применить для улучшения их
работы. На эти батареи в
историческом плане
неоднократно ссылались как на «батареи, которые
работают так хорошо». Хотя они были популярны
и рентабельны в рыночных нишах для Эдисона,
было сказано, что никогда для общества не будет
создана бизнес
-
модель по производству продукта,
кот
орый не требует замены. Однако в наши дни,
когда «озеленение» становится более чем
причудой, возможно, идея Эдисона окончательно
найдёт своё время.
Электромобиль Эдисона и Байли с тестовым
пробегом в 1000 миль.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
В оригинальной статье вы можете найти боле
е подробное описание батареи Эдисона, включая
такие домашние опыты с ней, как на картинках ниже:
На рисунке светодиод горит от простой никель
-
железной составной батареи.
Платы и разделитель батарей, показанных на предыдущ
ем
рисунк
е
.
Автор статьи
подробно рассказывает об изготовлении элементов, а завершает свой рассказ так:
Хотя элементы «домашнего приготовления»,
показанные здесь, имеют очень ограниченную
ёмкость, я надеюсь, что вы найдёте их суть такой же очаровательной, как некогда я. Я верю, чт
о
всё принципиально нужное здесь есть для создания больших элементов и следованию важному
наследию Эдисона в других разработках. Поразительно, моё первое знакомство с элементами
Эдисона было на местной энергетической выставке более 15 лет назад. Профессор
из юношеского
колледжа экспонировал Фольксваген, переделанный для работы от большого набора антикварных
батарей Эдисона. Батареи в его автомобиле
–
много больше 50
-
летнего возраста
–
двигали
его
Фольксваген
с серийным мотором и другими компонентами п
о школьному двору. Он заявлял о
расстоянии около 100 миль и скорости в 60 миль/час… что превосходит
многие из электро
мобилей
нового поколения сегодня! Новые батареи могут вскоре затмить всё, что было сделано ранее, но
временами и старые технологии могут у
дивить вас!




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Диммер для светодиодного светильника
(
LM556N, FQPF30N06L
)
Led
Dimmer
(
Questions
&
Answers
)
Nuts
&
Volts
,
2012,
№ 2
с
. 27
Tom
Bohace
пишет:
Мне нужна простая схема диммера для светодиодного светильника, чтобы он при плавном
выключении
од
ного светильника
увеличивал яркость второго. Я думаю, что мне нужен
ШИМ
выход и его инверсия. Каждый светильник имеет около шести светодиодов. Хотя я могу исполь
-
зовать и отдельные светодиоды. Должно быть, питание будет от батареек; я подумываю о
четырёх А
А для питания. Спасибо за помощь.
Russell
Kincaid
отвечает:
Решение основано на использовании микросхемы 556 (сдвоенный таймер 555). Первый
модуль задаёт частоту переключения второго модуля 555. Второй модуль генерирует
PWM
(ШИМ)
по входу на выводе 11. В
задаче не упоминался цвет светильника, поэтому выбран белый из
расчёта, что на каждом светодиоде падает три вольта. Если предполагается, что светодиоды
включены последовательно, потребуется
подключить их к напряжению 24 В.
Последовательно включённый резис
тор (6/
I
) ограничивает ток; здесь
I
–
рекомендуемый ток
через светодиод. Светодиоды могут включаться
и
параллельно от пяти вольт
–
каждый со своим
резистором
–
но эффективность будет меньше.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Тестер для батареек
(LM556N,
MC
3302
P
)
Battery Tester
(
Questi
ons
&
Answers
)
Nuts
&
Volts
, 2012, № 2
с
. 27
-
28
Некто
пишет:
Мне кажется, что получился бы неплохой проект
–
небольшой тестер для батареек. Тестер
кратковременно подключал бы батарейку к разным нагрузкам, определяя в процентах
оставшуюся жизнеспособность б
атарейки. Подразумеваются батарейки типоразмеров AAA, AA, C,
D и «Крона», как алкалиновые, так и Ni
-
Cd. И неплохо бы добавить миниатюрные батарейки, как
в слуховых аппаратах и калькуляторах.
Russell
Kincaid
отвечает:
Моя разработка показана на рисунке
; потребуются резисторы разного номинала для разных
типов батареек; значения на схеме для литий
-
ионных аккумуляторов, используемых для пита
ния
различных
устройств и переносных компьютеров. Ниже показан список резисторов для алка
ли
-
новых и никель
-
кадмиевых
батареек.
При
подключ
ении
испытуем
ой
батарейк
и
,
светодиоды
D
1
-
D
4 зажигаются, чтобы показать
начальное состояние заряда. Чтобы тест прошёл
хорошо, батарейки должны быть полностью
заряжены. Вот, как это работает: при перво
м
испытании
IC1A включает транзистор
Q
1 по
нажатию кнопки «старт», который, в свою
очередь, включает батарейку для тестирования.
Время
IC1A около секунды. После 0,8 секунд
заканчивается время IC1B и (через инвертер
Q
2)
запускается триггер на IC3. Кнопка запуска
также сбрасывает
IC3, чтобы
очистить
предыдущие значения тестирования.
Переключателем
SW
3 выбираются резисторы
для подстройки под разные напряжения батарейки: 3.6, 7.2, 10.8 В и т.
д.
SW
1 и
SW
3 должны
быть на шесть положений и два направления, как Mouser PN 611
-
A20615RNZQ.
Компара
торы
IC2
получат один вольт от полностью заряженной батарейки. Сравнение напряжения производится от
источника опорного напряжения
IC
4. Если батарейка полностью заряжена, до 4,2 В на элемент,
загорится зелёный светодиод
D
1, как только батарейка подключается
. Если батарейка заряжена
до 3,65 В на элемент, загорается жёлтый светодиод
D
2. Когда запускается
IC
3, индикатор на
D
5
-
D
8 показывает внутреннее сопротивление батарейки.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Источник питания 1,5 В, 15 А
(
UC
2525
,
TPS
2812,
L
4931,
SIR
864
DP
)
Power Supply: 1.5V, 15
A
(
Questions
&
Answers
)
Nuts
&
Volts
, 2012, №
5
с
.
24
-
25
Sandraq
Ramse
пишет:
Мне нужна информация по
DC
/
DC
конвертеру 12 В в 1,5 В с изоляцией. Входной диапазон 9
-
18 В; выход 15 А при 1,5 В
–
15 А выход без минимальной нагрузки, двухтактный драйвер,
двухполупериодный
полн
оволновый
выпрямитель
на выходе. Конвер
т
ер
предназначен
для
питания
нити
накаливания в вакуумн
ых
лампах
. Мне нужна схема и спецификация. Спасибо.
Russell Kincaid
отвечает:
Выходная мощность 22,5 Вт и при КПД 80% входная мощность 28 Вт. Я хочу использовать
сер
дечник Micrometals F42510
-
EC, поскольку он у меня есть. Вначале мне нужно проверить, что
он обеспечит мощность, которая зависит от сечения сердечника (
Ac
) и окна (
Wa
):
WaAc
= 5.28*10
-
3
*
Po
*10
8
/
B
/
F
г
де
Po
= выходная
мощность (Вт),
B
= плотность потока (Гаусс
) = 1000,
F
= частота (Гц)
= 100
кГц,
WaAc
= 0,121
Из каталога WaAc для сердечника 0,162, так что всё хорошо. Потери сердечника для мате
-
риала
F
и частоты 100 кГц
–
это 100 мВт/см
3
; умножение на значение сердечника 1,87 см
3
даёт
потери 0,
187 Вт. Первичная
обмотка
рассчитывается
из:
Np
=
Vp
*10
8
/4/
B
/
A
/
F
где
Vp
= первичное
напряжение = 18 В,
B
= плотность
потока = 1000,
A
= сечение сердечника =
0,385,
F
= частота = 100
kHz
,
Np
=12
Теперь я хочу проверить, что ток намагничивания (= Vp/Xlp) меньше, чем 10% от р
абочего
тока. Рабочий ток
–
это 28W/9V = 3,1 А; индуктивность первичной обмотки:
Lp
=
Np
2
*
Al
*10
-
6
где
Al
= 2,3 Гн/1000витков,
Lp
= 331 мкГн,
Xlp
= 6,28*
Lp
*
F
= 208 Ом
Хотя ток намагничивания Vp/Xlp = 18/208 = 87 мA, это нормально. Теперь, вторичная обмотка
по отношению напряжений:
Ns = Vs*Np/Vp = 1.5*12/9 = 2 витка. Диаметр провода может быть
вычислен из:
AWG
= 4.31*
ln
(1.889*
I
/
Cd
)
где
ln
= натуральный логорифм,
Cd
= плотность потока = 400
A
/
cm
2
,
I
= ток (в амперах)




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Первичная обмотка #18 (
0
.00823
cm
2
). Втори
чная обмотка #12 (
0
.0331
cm
2
). Эти витки
должны заполнить окно сердечника (0.42 cm
2
).
• 12 *
0
.00823*2 =
0
.296 (дважды, поскольку
источник
будет
двухтактным, см. рис
. 2
).
• 2 *
0
.0331 =
0
.0662
•
Total
=
0
.362
Что показывает, обмотки
поместятся, хотя и п
од завязку. Если
Cd задать 600A/cm
2
, AWG =
#20 для первички (
0
.0052
cm
2
), получаем полностью:
0
.190 cm
2
, что много лучше и
эффективность будет не столь значительно уменьшена.
Это была тяжёлая ча
с
ть; лёгкая
–
нарисовать
схему
(см. рис
. 2
). В
datasheet
ест
ь схема, так
что остаётся её приспособить к нашим нуждам.
C
1 и
R
4 задают частоту; в данном случае 100 кГц.
У меня возникли трудности с компенсацией стабильности.
Datasheet
показывает, что усиление
при разомкнутой петле 40 дБ с нагрузкой 100 кОм, так что я
задал
частоту
R
6,
C
3
-
100 Гц. Я
не
хотел
множить
выходные
конденсаторы, чтобы
усилить
ошибки
рассогласования
на 100 кГц. Я
сосредоточился на том, что усиление всё еще высокое, так что добавил
R
12,
C
13 с частотой среза
100 Гц. Если я прав, усиление с разом
кнутой петлёй достигнет 0 дБ со спадом в 6 дБ/октава (что
необходимо для стабильности). Мощный MOSFET имеет номинально 200 В, так что демпфирующие
D1, R7 и C7
могут и не понадобиться, но они и недорогая страховка. Я хочу использовать синх
-
рон
ное выпрямлен
ие, чтобы увеличить эффективность; если я использую диоды Шоттки для
выпрямления на выходе,
то
потери мощности составят 0,5 В x 15A = 7,5 Вт. Однако при
использовании
MOSFET ключей
,
потери составят 152 x 0,0036 Ом = 0,81 Вт. Конденсаторы
C
14 и
C
15 предотвр
ащают насыщение импульсных трансформаторов из
-
за импульсов постоянного тока
от IC2.
При монтаже нужно
обратить внимание
на полярность трансформатора, чтобы синхронные
ключи включались в правильное время. Хотя N
-
MOS ключ имеет внутренний реверсный диод,
не
обходимо включать ключ, когда источник переходит в отрицательную область; это делает
центральный отвод положительным.
На схеме
показ
ана
треть
я
обмотк
а
, поскольку я первона
-
чально думал, что может понадобиться обмотка с большим напряжением для питания втор
ой цепи
управления; но я убедился, что три вольта получаются от вторичной обмотки, которая подходит
для питания схемы. Я уже собирал первичную сторону раньше, но не собирал синхронный выпря
-
митель, так что могут потребоваться некоторые настройки.
Специфик
ация
проекта приведена
ниже.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Бестрансформаторный источник питания
Transformerless Power Supply
(
Questions
&
Answers
)
Nuts
&
Volts
, 2012, № 5
с
.
26
-
27
Michael
Williams
спрашивает
:
Вы уже помогали читателям
Nuts&Volts
относительно 220 VAC источника питан
ия, и теперь я
тоже ищу помощи… в
передел
ке
220 VAC
бестрансформаторного источника питания
для питания
от 110 VAC. Требуемый выход
–
это 12 В и 50 мА. У меня есть схема бестрансформаторного
источника 220 VAC, который я хотел бы повторить с деталями от Mous
er, но я хочу
модифицировать его для работы от 110 VAC. Пожалуйста, укажите значение и мощность
компонентов.
Russell
Kincaid
отвечает:
Я перерисовал вашу схему (см. рис
. 4
). Я подразумевал, что
6
-
и
9
-
вольто
вый выходы 10 мА
каждый (максимально) для п
олной нагрузки в 70 мА. Стабилитронам
D
2 и
D
3 нужно 10 мА для
поддержки стабильного выхода, так что полный ток на входе 80 мА.
Ток ограничен импедансом
C1, C2, C3, C4 и R1. Входной ток переменный, так что нужны неполярные конденсаторы, но
наибольшее допуст
имое напряжение 100 В, а нужно 200 В. Я включил два последовательно,
чтобы получить допустимое напряжение 200 В, но теперь емкость вдвое ниже, так что нужно
вдвое больше конденсаторов, чтобы вернуть ёмкость к требуемой 3,3 мкФ. Резисторы по 100 кОм
помогаю
т равномерно распределить напряжение между конденсаторами.
Резистор
R
1 нуж
ен
для
ограничения бросков тока. Расчётная мощность 1,5 Вт, но в спецификации указано пять ватт,
чтобы
был запас
при перегрузках.
Используя уравнение: delta E = I*delta T/C, я рассч
итал C = 6400 мкФ для пульсаций 0,1 В (T
= 8,3 мС, I = 80 мA). Стабилитроны
D
2 и
D
3 на 6,2 В, дающие 12,4 В номинально на выходе. Если
нагрузки нет, два стабилитрона пропустят все 80 мА. Рассеиваемая мощность 0,99 Вт, а диоды
рассчитаны на один ватт кажды
й, так что всё в порядке.
На выходных клеммах 15 VAC, так что их нельзя соединять с землёй. Если линия и нейтраль
будут перепутаны, на выходных клеммах окажется 95 VAC, так что я поместил схему и нагрузку в
коробку, чтобы пользователь не попал под напряже
ние.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Внутреннее сопротивление батареи
Battery Internal Resistance
(
Questions
&
Answers
)
Nuts
&
Volts
, 2012, № 5
с
. 27
Sam
Botros
спрашивает
:
Объясните, пожалуйста, по схеме из февральского выпуска 2012
г.
как мы можем измерить
внутреннее сопротивление
батарейки
–
теоретически?
Так же, какое должно быть внутреннее
сопротивление для новой батарейки и для использованной?
Russell
Kincaid
отвечает:
Для измерения внутреннего сопротивления батарейки, подключите батарейку к резистору
R
1
и измерьте выходное
напряжение
V
1, затем используйте больший резистор
R
2 и измерьте
выходное напряжение
V
2.
Разница напряжений V2
-
V1, делённая на разницу тока I2
-
I1 дает
выходное сопротивление; I1= V1/R1 как всегда.
Если бы выходное сопротивление было
линейным (похоже, н
ет), вы могли бы измерить напряжение разомкнутой цепи, затем напряжение
при нагрузке и рассчитать выходное сопротивление по формуле (Vo
-
V1)/I. Вы можете
использовать этот метод для измерения любых неизвестных резисторов, практически, когда
сопротивление ме
ньше, чем один ом, поскольку омметр измеряет сопротивление его собственных
проводов
, к тому же
неизвестное. В
этом
случае
вы измеряете входное напряжение
V
0
и
напряжение под нагрузкой
V
1, вычисляете ток I = V1/R, затем вычисляете сопротивление как
Runk = (
V0
-
V1)/I.
Согласно Energizer
Technical
Bulletin тип
овое
эффективное сопротивление свежих алкалиновых
Energizer цилиндрических батареек будет приблизительно от 150 до 300 миллиом, в зависимости
от размеров.
Внутреннее сопротивление увеличивается более чем вдвое от знач
ения при
комнатной температуре к температуре
-
20
0
С.
Battery
University (www.batteryuniversity.com) сравнивал
Ni
-
Cd, никель
-
металлгидридные и
литий
-
ионные элемент
ы по внутреннему сопротивлению и времени работы. Никель
-
кадмиевые
имеют наи
мень
шее внутреннее сопротивление 0,155 Ом; литий
-
ионные следующие 0,32 Ом; а
никель
-
металлгидридные имеют наивысшее 0,778 Ом. В их тесте
Ni
-
Cd
элемент
работал 120
минут с 3С (С
–
это номина
льный ток); литий
-
ионный
элемент
работал около 50 минут с 3С;
никель
-
металлгидридный
элемент
не работал с 3С, но работал 60 минут с 2С. Внутреннее
сопротивление никель
-
металлгидридного элемента при разряде около 0,34 Ом, уменьшается до
0,28 Ом при полуразряде и увеличивае
тся до 0,34 Ом при полном разряде. Однако сопротивление
при полном заряде поднимается до 0,3 Ом после двухчасового отдыха. Сопротивление литий
-
ионного элемента
стабильно
держится при заряде/разряде (от 0,27 до 0,25
Ом). Внутреннее
сопротивление кислотно
-
ще
лочных гелиевых элементов (похожих на те, что используются в
инвалидных креслах) меняется от 0,009 Ом при полном заряде до 0,015 Ом после разряда.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Всем привет!
Меня зовут
Кот
и я самый главный на сайте
radiokot
.
ru
.
В этом году мне исполнилось 7 лет, и мы с друзьями решили
рассказать вам о том, какие статьи и конструкции присылают
наши замечательные посетители, да и вообще
–
что у нас на
сайте прои
сходит.
Октябрь месяц ознаменовался учреждением мно
ю
Приза
месяца
. Каждый месяц модераторы нашего форума выбирают
лучшую статью и её автору вручается нефиговый приз. Какой
–
никто не знае
т. Нет, я, разумеется, знаю, но никому не скажу.
Вернее, скажу, конечно, но не сразу, а когда вручать буду. Вот
тогда все и обзавидуются.
Однако, давайте перейдем к обзору того, что было
опубликовано в октябре месяце.
Товарищ
dimarius1983
поделил
ся с нами своим первым
опытом построения лампового усилителя для наушников в статье
Мой первый опыт лампового звука. Проект.
Особенно подробно описан метод изготовления корпуса для
девайса, что весьма полезно.
Прочитать статью полностью можно
здесь
:
http:/
/radiokot.ru/lab/analog/33/
Наш читатель со сложнопроизносимым ником
felixmorze
решил обратиться к классике и совместить лазерную указку с
кучей моторчиков. Что у него из этого вышло, он и описал в
статье
Лазерный эффект
, которую можно прочесть
здесь
:
http://radiokot.ru/lab/analog/34/
Помните такую игру «Кто быстрее»? На чем только её не
делали
–
на транзисторах, на логических микросхемах, даже на
лампах было. Так вот,
gauss
сделал ремейк эт
ой игры на
микроконтроллере.
Игра "Кто быстрее" на МК.
Зачем
–
сложно сказать, но посмотреть на его творение можно
здесь
:
http://radiokot.ru/circuit/digital/game/24/




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Наш читатель
Alika
был ст
рашно огорчен тем неприятным
фактом, что лампочки в фарах у него перегорают. Но приняв этот
факт, как должное, он не опустил лап, а решил заменить их
светодиодными. Для чего и
изготовил
специальный
Стабилизатор тока для светодиодной фары
для
этого. Если вд
руг кому нужно
–
прочесть об этом можно
здесь
:
http://radiokot.ru/circuit/power/converter/40/
Kostua
решил как
-
то на досуге сотворить
USB HID
термометр на датчиках TMP275
. Сказано
–
сде
лано.
Д
атчик температуры
он
подключил к микроконтроллеру
ATMEGA
8. Основная изюминка девайса
–
он опознается ОС
Windows
, как
HID
устройство, а значит, ему не нужны драйвера и
оно начинает работать через считанные секунды после под
-
ключения к компьютеру. Под
робностями можно разжиться
здесь
:
http://radiokot.ru/circuit/digital/home/138/
Тема часов и таймеров на МК уже пережевана бесконечное
количество раз, но товарищ
ZUMER
считает, что нет пре
дела
совершенству и в чем
-
то он прав. Четыре таймера в одном
–
вот
его главная идея.
Кухонный четырёхтаймер
.
Согласиться
с ним или нет дело ваше, но прежде чем спорить, нужно пос
-
тигнуть предмет спора. А это можно сделать
здесь
:
http://radiokot.ru/circuit/digital/home/137/
к
от Варкут
упер где
-
то в интернете картинку с изображе
-
нием какого
-
то забугорного радиоконструктора и, восстановив по
фотографии номиналы элементов, сделал себе простень
кий
И
ндикатор уровня воды
. Посмотреть на него можно
здесь
:
http://radiokot.ru/circuit/analog/measure/21/
Еще один проект от нашего посетителя
ZUMER
-
а
–
Т
елеграфный маяк
. На микроконтроллере,
разумеется, куда ж без него. Нич
его больше говорить
про него не буду, читайте сами
здесь
:
http://radiokot.ru/circuit/analog/receiv_transmit/28/




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Наш посетитель по кличке
moushen
прислал нам весьма
специфическую конс
трукцию
-
И
мпульсную установку
для намагничивания и размагничивания
постоянных магнитов
. Так прямо и написал
–
«Для тех,
кому приперло намагнитить магнит». Так что
,
если вам вдруг
приперло,
то
как это можно осуществить
читайте
здесь
:
http://radiokot.ru/circuit/analog/games/17/
Радиолюбители, как известно, не любят простых решений, и
наш читатель
Просто Саня
из их числа. Не смотря на свой ник,
он решил не покупать электронные часы со светодиодны
ми
индикаторами, а модернизировать имеющиеся в наличии
стрелочные таким образом, чтобы время на них было видно и по
ночам.
В общем, сделал он
И
мпульсную подсветку часов
.
Как он это сделал можно прочитать
здесь
:
http://radiokot.ru/circuit/analog/home/30/
Александр Павлов
принципиально не захотел присылать
свою конструкцию нам на Конкурс, посвященный нашему
семилетию, но прислал свою работу сразу после его окончания.
Но, мне почему
-
то кажет
ся, что награда все равно найдет своего
героя, уж больно хороша работа.
Измеритель ESR/L/C/F/P/t на PIC16F876A
, так она
называется, но наши посетители уже окрестили её «измерителем
всего». Ну, по большому счету, не так уж они и не правы.
Оценить возможнос
ти измерителя можно
здесь
:
http://radiokot.ru/circuit/digital/measure/73/




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Еще один измеритель уровня воды прислал нам
PANYTA
.
Он значительно сл
ожнее, чем упоминавший выше, да и датчик у
него емкостной.
Указатель уровня воды с ёмкостным датчиком.
О плюсах и минусах такого способа измерения уровня воды
можно прочитать
здесь
:
http://
radiokot.ru/circuit/digital/security/18/
Некоторым особняком на нашем сайте торчит раздел
ОТК
.
Он недавно открылся и еще не успел набрать обороты, хотя я
очень стараюсь. Но времени, к сожалению, не так много, как
хотелось бы, так что уж
–
что усп
ел, то и успел.
В этом разделе мы тестируем разного рода железки
–
как
наши, радиолюбительские, типа паяльных станций, предпро
-
гревов и прочего оборудования, так и обычных гаджетов,
которых не чурается ни один современный кот. Разумеется,
выискиваем разног
о рода недостатки и ругаем производителей,
если они того оказываются достойны.
В октября месяце удалось опубликовать только два теста:
Семь бед
–
один Reset. Tect видеорегистратора AdvoCam HD1
и
Обзор осциллографа SIGLENT SDS1102CML
.
Будем надеяться, что в дальнейшем дело пойдет веселее.
Ну вот, пожалуй, пока и все, что хотел вам рассказать.
Заходите на сайт, присылайте свои конструкции, критику
йте
чужие, мы вам всегда рады.
Всегда ваш, Кот.




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Продолжая разговор о выращиван
ии «радиоклюквы»,
мы предлагаем вам выдержку из письма, полученного нашей редакцией
Плагиат
,
или сколько
«
соавторов
»
причитается АВТОРУ?
Рассмотрим это на конкретном примере, «автор» которого,
В
. Башкатов
,
предложил читат
елям, под интригую
щим названием
«Вместо ЛАТРа…
транзистор»
(«Радиолюбитель» №
2/98 стр.
29), часть схемы из работы
В. ЯНЦЕВА
«Комбинированный
блок
питания» («Радио» № 9/91 стр.
32
-
34). Данная схема являлась
дора
-
боткой
В. ЯНЦЕВЫМ
ранее опубли
-
кованной схе
мы «Электричество по
дозе» в
«Моделист
-
конструктор»
№4/90 стр.
21. Но, в журнале
«Радио» была допущена
незначительная тех
ни
ческая
ошибка, которая переко
чевала, не
без помощи плагиатора, в
«Радиолюбитель».
Башкатов не соизволил даже
проверить «предлагае
мое» в дей
-
ствии, или на макете. Он в
спешке
(время
-
деньги), не удосужился
проанализировать схему: почему
силовой выпрямительный мост
состоит из маломощных диодов
Д223?




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Возможно, я ошибаюсь.
Возможно, Башкатов не читал
«Моделист
-
конструктор»
, а
нашел эту схему
в журнале
«Радио» №11 за
1999
г. стр.
40.
Тогда автором
ста
тьи
«Беспо
ме
ховый
регулятор
напря
жения»
является
А.
Чекаров
?
Однако и данная схема
является копией схемы Я
НЦЕВА
.
Ни изменение названия или
изменение текстового содер
жа
-
ния, ни изменение конфигура
-
ции воспроизво
дим
ой схемы не
является творческим процессом.
Возможно, все плагиаторы
считают по
-
другому, что воров
-
ство, как процесс, и есть «твор
-
ческий процесс»? Спросить бы у
них.
Народная мудрость: «Вор у
вора не крадет»
-
не работает.
И нет смысла разбираться, кто
из
них двоих более вороватый.
Но двоих ли?
Откроем журнал «Радиоаматор
-
Электрик» №10/2000
г.
стр.
11.
И… вновь знакомая схема.
Д.А.
Шандренко
из Киева
предлагает
«Транзисторный
регулятор напряжения»
,
забыв указать имя АВТОРА, или
фамилии «соавторов»
–
плагиаторов, у которых он, видимо, и учился творчеству.
Пожалуй,
В. ЯНЦЕВ
–
самый читаемый автор, если учесть, что у него столько
«соавторов». Интересно, вернут ли воры автору “награбленные гонорары”?
Кузьмин Владимир Яковлевич, патентовед




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
Казалось бы
вопрос: «Сколько «соавторов» причитается АВТОРУ?»
-
закрыт, но совсем
недавно
и
здательство «Наука и Техника»
выпустило
«книг
у
из будущего»
2013 г
.
(288 стр.)
Шмаков С.Б.
Как создать источники питания своими руками
Создание своими руками различных источников питания
-
большая и
практически значимая область технического творчества многих
радиолюбителей. Книга призвана оказать им практическую помощ
ь в этом
интересном деле.
Собраны воедино и систематизированы наиболее интересные и оригинальные
схемы основных групп источников питания: линейных, импульсных,
сварочных, а также преобразователей, стабилизаторов, зарядных
устройств.
Представленные схемные решения не повторяют друг друга, интересны,
содержат определенные элементы оригинальности. Рассмотренные источники
питания построены на недорогих компонентах, ко многим из них указаны
доступные аналоги. Для удобства восп
риятия информации описание
источников питания идет по единой схеме.
Все источники питания, рассмотренные в книге, были проверены их авторами
на практике, демонстрировались на выставках, были отмечены призами и
дипломами.
Предлагаемая книга рассчитана, в
первую очередь, на радиолюбителей
средней квалификации. Для самостоятельного изготовления понравившейся
конструкции вполне достаточно приводимого описания и представлен
ного
схемного материала. Приводятся рисунки монтажа и печатных плат многих
описываемы
х схем.
Книга предназначена для широкого круга читателей
-
радиолюбителей.
В главе 7
книги на рис. 7.6 вновь видим хорошо знакомую схему... Интересно, кого из
многочисленных «авторов»
составитель этого сборника привел в списке литературы?
Книга не
сомненно
нуж
ная и полезная. Не пропустим!




РАДИОЕЖЕГОДНИК
–
201
2
Выпуск 18
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ




издательствоБХВ-ПетербургСоммерУ.ПрограммированиемикроконтроллерныхплатArduino/Freeduino256стр.,ISBN978-5-9775-0727-1Магазин«Новаятехническаякнига»СПб.,Измайловскийпр.,д.29тел.:(812)251-41-10www.techkniga.comОтделоптовыхпоставокE-mail:opt@bhv.spb.suРассмотренопрограммированиеми-кроконтроллерныхплатArduino/Free-duino.Описанаструктураифункцио-нированиемикроконтроллеров,средапрограммированияArduino,необходи-мыеинструментыикомплектующиедляпроведенияэкспериментов.Подробнорассмотреныосновыпро-граммированияплатArduino:структу-рапрограммы,команды,операторыифункции,аналоговыйицифровойввод/выводданных.Изложениематериаласопровождаетсяболее80примерамипоразработкеразличныхустройств:релетемпературы,школьныхчасов,цифровоговольтметра,сигнализациисдатчикомперемещения,выключате-ляуличногоосвещенияидр.Длякаж-догопроектаприведенпереченьнеобходимыхкомпонентов,монтажнаясхемаилистингипрограмм.НаFTP-сервереиздательствавыложеныисходныекодыпримеровизкниги,тех-ническиеописания,справочныеданные,средаразработки,утилитыидрайверы.Вкнигерассмотрены:•Общиесведенияомикроконтроллерах•ПрограммированиемикроконтроллеранаплатахArduino/Freeduino•Разработкаитестированиесобственныхприложений•Более80практическихпроектов:настройкаиприменениемикросхемы-адаптераFT232RL,задержкавключенияивыключения,релетемпературы,измерительемкости,школьныечасы,6-канальныйцифровойвольтметр,управлениевентилятором,обменданнымимеждукомпьютеромиплатойArduino,сенсорныйдатчик,записьданныхспо-мощьюпрограммыпостроенияграфиковStampPLOT,цифровойосциллографспамятью,сигнализациясдатчикомперемещения,выключательуличногоосвещения,светсвечи,музыкальныйпроигрыватель,графопостроитель,последовательныйввод/выводдан-ных,экспериментысЖК-дисплеямиимногоедругое.СПмп2РРРРРкdнпмммдПггггррррффффвввввввввспппппрррррццццццццсслддоггггооооопроектаприведддддддддеенннппееерррееечччччееееннньннееееоооббббххххххххоодwww.bhv.ru