str. Seznam užitých značek... 8

Transkript

1 Druhá èást dvoudílné publikace uvádí integrované obvody pro spínané zdroje jednotlivých firem (Linear Technology, Motorola, Texas Instruments a Unitrode). Autor se u popisu jednotlivých typù integrovaných obvodù více dotýká vnitøní stavby tìchto obvodù s ohledem na to, jak se tato vnitøní stavba promítá v návrhu vnìjších doplòkových obvodù. Celá èást je opìt pojata velmi prakticky s minimálními požadavky na matematické znalosti ètenáøe. Poslední pøipojená kapitola èerpá z osobních znalostí autora, získaných pøi opravách spínaných zdrojù pro PC. Uvádí jejich detailní zapojení a popis èinnosti. Celé dílo je kompendiem znalostí a zkušeností fundovaného odborníka, který se profesionálnì zabývá spínanými zdroji. Alexandr Krejèiøík NAPÁJECÍ ZDROJE II. - - Integrované obvody ve spínaných zdrojích Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnožována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenášena v jiné formì èi jinými prostøedky. Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost tištìných materiálù. Pøedkládaná zapojení jsou zveøejnìna bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob. Nároky na odškodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny. Všechny registrované nebo jiné obchodní známky použité v této knize jsou majetkem jejich vlastníkù. Uvedením nejsou zpochybnìna z toho vyplývající vlastnická práva. Veškerá práva vyhrazena Ing. Alexandr Krejèiøík, Praha Nakladatelství BEN - technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 Alexandr Krejèiøík: NAPÁJECÍ ZDROJE II. BEN - technická literatura, Praha vydání ISBN (tištìná kniha) ISBN (elektronická kniha v PDF)

2 OBSAH II. DÍLU str. Seznam užitých značek Složitější typy jednočinných zdrojů Zdroje s externím tranzistorem Zjednodušená řada jednočinných zdrojů Obvody řady MC Obvody řady UC Aplikační zapojení obvodů řady UC Zdroje s dvojčinným výstupem Obvody řady TL Aplikační zapojení obvodů řady TL Obvody řady SG Aplikační zapojení obvodů řady SG Obvody řady SG Obvod TDA Obvod MC Přehled obvodů fy MOTOROLA Popis jednotlivých obvodů fy LINEAR TECHNOLOGY Spínané zdroje bez indukčnosti Aplikační zapojení Spínané zdroje s indukčností Pětisvorkové obvody řady LT Zapojení s transformátory Význam pětisvorkových obvodů Obvody řady LT1525 a LT Obvody řady LT Obvody řady LT Obvody řady LT1846 a LT Program SWCAD Zdroje jen snižující kladné napětí (POSITIVE BUCK)

3 str Vysvětlení činnosti zdroje snižujícího napětí Popis časových průběhů Zdroje jen snižující záporné napětí (NEGATIVE BUCK) Kritéria pro volbu součástek Volba integrovaného obvodu Volba vstupního kondenzátoru Volba záchytné (rekuperační) diody Volba cívky Volba výstupního kondenzátoru Návrh LC výstupního filtru Návrh vstupního filtru Postup návrhu obvodu programem SWCAD Vlastnosti integrovaného obvodu Ztrátové konstanty materiálu jádra Výběr cívky Pracovní podmínky Pracovní podmínky cívky Výběr filtračního kondenzátoru Návrh výstupního LC filtru Provozní podmínky IO Pracovní podmínky diody Invertující zdroje snižující i zvyšující napětí Vysvětlení funkce invertujících zdrojů Negativně pozitivní invertující zdroj Zdroje jen zvyšující napětí kladné (BOOST) Vysvětlení funkce zdrojů zvyšujících napětí Zdroj zvyšující hodnotu záporného napětí Zdroje s odbočkou na cívce Zdroje s transformátorem Popis zpětnovazebního zdroje s transformátorem Specifikace transformátoru Izolační zpětnovazební transformátor Spínací sít Návrh transformačního poměru Volba primární indukčnosti Pracovní podmínky transformátoru Výběr omezovací Zenerovy diody Výstupy programu SWCAD Výňatky z databází SWCADu...204

4 str. 12. Popis jednotlivých obvodů fy TEXAS INSTRUMENTS Spínané zdroje bez indukčnosti Obvody řady LT107X Obvod MC Obvody řady SG Obvody řady TL Varianty obvodu TL Příklady aplikací Obvod TL Obvod TL496C Obvod TL Příklady aplikací obvodu TL Obvod TL1451AC Obvody řady UC Vybrané řídicí obvody spínaných zdrojů fy UNITRODE Proudově řízené obvody Obvody s PWM Nízkopříkonové obvody Dvojčinné nízkopříkonové obvody Rychlé nízkopříkonové obvody Obvody pro snižování napětí Rezonanční obvody Obvody pro preregulátory Výkonové obvody Obvody pro nabíječe akumulátorů Obvody pro řízení světelných zdrojů Izolovaný zpětnovazební generátor Transformátory spínaných zdrojů Návrh transformátoru Příklady zdrojů s transformátory Zdroje pro PC Podrobný popis zdroje pro PC Popis funkce zapojení Literatura...343

5 SEZNAM UŽITÝCH ZNAČEK A [J] práce ADJ označení vývodu pro nastavení veličiny AND typ logického integrovaného obvodu A VOL [-] napět ové zesílení A VOL [db] napět ové zesílení b [mm] tloušt ka svazku plechů transformátoru B [T] magnetická indukce BV [V] U R diody ve SwitcherCADu c [mm] tloušt ka stěny cívky C [F] kapacita kondenzátoru C Adj [F] kapacita kondenzátoru blokujícího elektrodu IO C C [F] kompenzační kondenzátor, vazební kondenzátor C EXT [F] kapacita vnějšího kondenzátoru C F [F] kapacita filtračního kondenzátoru C f [F] kapacita zpětnovazebního kondenzátoru OZ C GS [F] kapacita tranzistoru MOS mezi hradlem a kanálem C in [F] vstupní kapacita C IN [F] kapacita vstupního kondenzátoru CMMR [db] koeficient vlivu součtového signálu CMOS integrované obvody s MOS tranzistory C N [F] kapacita nabíjecího kondenzátoru C OSC [F] oscilátorová kapacita C OUT [F] kapacita výstupního kondenzátoru CP označení pro nábojovou pumpu C PE [F] kapacita blokovacího kondenzátoru C REF [F] kapacita referenčního kondenzátoru C SW [F] kapacita spínacího tranzistoru C T [F] kapacita kondenzátoru pro nastavení opakovací frekvence IO CTRL svorka pro řízení C V [F] kapacita sériového kondenzátoru d [-] činitel přenosu napětí spínaného zdroje d [mm] průměr vodiče bez izolace D budič (driver) D označení elektrody MOS tranzistoru (drain = kolektor) D označení diody D [mm] průměr vodiče s izolací dτ [K] změna teploty D C označení ochranné (clamp) diody

6 DC / DC označení převodníku ze stejnosměrných napětí DCR [Ω] stejnosměrný odpor cívky ve SwitcherCADu di [A] změna proudu D OUT označení výstupní diody dt [K] změna teploty du [V] změna napětí E.T. [V.µs] ztráty v magnetickém jádře při rychlosti přemagnetizace E12 řada součástek, kterých je 12 v dekádě hodnot E24 řada součástek, kterých je 24 v dekádě hodnot EA označení chybového OZ ESR [Ω] efektivní stejnosměrný odpor kondenzátoru EXT svorka pro připojení vnější součástky f [Hz] kmitočet FB označení zpětnovazební svorky IO FET označení tranzistoru řízeného polem f min [Hz] minimální pracovní frekvence f o [Hz] opakovací frekvence f r [Hz] rezonanční frekvence f T [Hz] mezní frekvence FT označení fototranzistoru f z [Hz] frekvence zákmitů G označení elektrody MOS tranzistoru (gate = hradlo) GND označení pro zemní svorku (zem) H logická úroveň vyšší h 11E [Ω] vstupní odpor tranzistoru h 21E [-] proudový zesilovací činitel tranzistoru h 22E [S] statická výstupní vodivost HP výkonová svorka IO (high power) I-LIMIT komparátor, reagující na překročení hodnoty proudu I Adj [A] proud vlastní spotřeby stabilizátoru I B [A] proud báze tranzistoru I C [A] kolektorový proud tranzistoru I CC [A] napájecí proud IO I CEo [A] zbytkový proud bipolárního tranzistoru I d [A] proud odporového děliče I D [A] proud kolektoru FET tranzistoru, proud děličem I DR [A] závěrný proud diody I E [A] proud emitorem I F [A] propustný proud diody I favg [A] střední hodnota proudu ve SwitcherCADu I H [A] přídržný proud tyristoru (triaku)

7 I L [A] proud cívkou I M [A] maximální omezovací proud I NAB [A] nabíjecí proud kondenzátoru I o [A] střední hodnota nesinusového proudu, výstupní proud IO označení integrovaného obvodu I OI [A] vstupní proud OZ I pk [A] špičková hodnota proudu I PK [A] špičkový proud ve SwitcherCADu I Q [A] proud vlastní spotřeby stabilizátoru I R [A] závěrný proud diody, proud odporem I ref [A] proud referenčního zdroje I RMS [A] efektivní hodnota proudu kondenzátorem I SC [A] proud snímacím odporem proudu I SD [A] proud vstupu SHUTDOWN I sek [A] efektivní hodnota sekundárního proudu I SET [A] nastavovací proud I vst [A] vstupní proud I výst [A] výstupní proud I Z [A] proud Zenerovou diodou I ZK [A] zkratový proud j [A/mm 2 ] proudová hustota JFET tranzistor FET s řídící elektrodou oddělenou PN přechodem K [V] konstanta PN přechodu, označení pro komparátor k B [J/K] Boltzmanova konstanta K F [-] činitel filtrace L logická úroveň nižší, označení cívky L [H] indukčnost cívky LBI vstup, reagující na pokles bateriového napájecího napětí LBO výstup, reagující na pokles bateriového napájecího napětí LBO výstup, indikující pokles bateriového napájecího napětí LBW označení pro výstup, indikující pokles bateriového napájení LED označení svítivé diody L F [H] indukčnost filtrační tlumivky L p [H] parazitní indukčnost L R [H] označení rekuperační cívky (indukčnosti) l stř [m] střední délka závitu transformátoru MASTER označení pro řídicí obvod MOS označení struktury tranzistoru FET n [-] počet plechů transformátoru, počet stupňů násobiče napětí

8 N [-] převodní poměr závitů transformátoru, počet závitů NAND typ logického integrovaného obvodu N j [z/v] napět ový koeficient NMOS typ tranzistoru MOS (s kanálem N) NOR typ logického hradla N prim [z] počet primárních závitů NRO označení nelineárního referenčního obvodu N sek [z] počet sekundárních závitů OR typ logického integrovaného obvodu OSC označení oscilátoru OUT označení výstupní svorky OZ označení operačního zesilovače p [-] poměr napětí, převodní poměr transformátoru p [%] zvlnění napětí za usměrňovačem P označení potenciometru P C [W] výkonová ztráta na tranzistoru PC označení pro osobní počítač P D [W] celková ztráta IO PF označení výstupu indikace ztráty napájení P j [W/kg] měrné ztráty v železe transformátoru PMOS typ tranzistoru MOS (s kanálem P) P o označení pracovního bodu součástky Po označení pojistky P ON [W] spínací ztráty PSRR [db] koeficient vlivu napájecího napětí p stř [-] přenos střídavých signálů PTC označení pozistoru P TOT [W] celkový ztrátový výkon P vst [W] vstupní výkon (příkon) P výst [W] výstupní výkon PWM označení obvodu pulzně šířkové modulace PWR GND označení pro výkonovou (power) zemní svorku (zem) P z [W/m] ztrátový výkon ve vodiči na metr délky P ZD [W] ztrátový výkon na ZD q [C] elementární náboj (náboj elektronu) Q [-] činitel jakosti cívky Q [C] náboj R 1 [Ω/m] odpor jednoho metru délky vodiče R 25 [Ω] odpor při teplotě 25 [ C] R B [Ω] bázový odpor bipolárního tranzistoru R C [Ω] nabíjecí odpor (charge), kompenzační odpor, kolektorový odpor

9 RC označení RC členu (kondenzátor + odpor) R D [Ω] vybíjecí odpor (discharge) r DS [Ω] parazitní odpor kanálu MOS tranzistoru v náhradním schématu R dyn [Ω] střídavý (dynamický) odpor nelineární součástky R E [Ω] ekvivalentní (náhradní) odpor RESET označení nulovacího impulzu R f [Ω] zpětnovazební odpor R G [Ω] odpor v obvodu řídicí elektrody MOSFETu R i [Ω] interní (vnitřní) odpor R L [Ω] sériový náhradní odpor cívky RMS zkratka pro efektivní hodnotu R o [Ω] omezovací odpor proudu R ON [Ω] odpor interního spínacího tranzistoru v sepnutém stavu R OUT [Ω] výstupní odpor RS klopný obvod R SC [Ω] snímací odpor proudu R SET [Ω] nastavovací odpor R ss [Ω] stejnosměrný odpor nelineární součástky R T [Ω] odpor pro nastavení opakovací frekvence IO R Z [Ω] zatěžovací odpor s [-] střída (poměr dob zapnutí a vypnutí) S označení elektrody MOS tranzistoru (substrát) S označení elektrody MOS tranzistoru (source = emitor) S označení spínače š [mm] šířka vinutí transformátoru S τ [V/K] činitel teplotní stabilizace diody S c [mm 2 ] plocha kostry transformátoru S Cu [mm 2 ] plocha příčného průřezu vodiče S CuL [mm 2 ] plocha zabraná jedním závitem SENSEFET typ tranzistorů FET SET označení nastavovacího impulzu S Fe [cm 2 ] průřez magnetického obvodu Si označení křemíkové součástky S I [Ω] činitel stabilizace proudu SLAVE označení pro řízený obvod S o [mm 2 ] plocha okénka transformátoru S P [mm 2 ] plocha průřezu prokladů SR [V/µs] rychlost přeběhu výstupu OZ STBY klidový stav IO (úsporný mód) S U [-] činitel stabilizace napětí S v [mm 2 ] plocha pro vinutí

10 SVR [db] činitel potlačení střídavé složky t [mm] tloušt ka jednoho plechu transformátoru t [s] čas t [mm] tloušt ka vzduchové mezery magnetického jádra T [s] doba periody T označení tranzistoru T [K] absolutní teplota t 1 [s] časový okamžik, časový interval T A [K] teplota okolí (ambient) TC označení kontaktního teploměru TD označení tachodynama T ext označení externího tranzistoru TH označení termistoru t charge [s] nabíjecí doba T j [K] teplota přechodu PN TL označení tlumivky TMOS typ MOS tranzistoru t OFF [s] doba vypnutí t ON [s] doba zapnutí t r [s] doba rozepnutí tranzistoru Tr označení transformátoru t s [s] doba měkkého startu TTL integrované obvody s bipolárními tranzistory Ty označení tyristoru U + [V] kladné napájecí napětí OZ U - [V] záporné napájecí napětí OZ u 1 [V] velikost střídavé složky před filtrem u 2 [V] velikost střídavé složky za filtrem U 2 [V] napětí invertujícího vstupu OZ U 2-3 [V] napětí mezi svorkami 2a5IO U 3 [V] napětí neinvertujícího vstupu OZ U 7 [V] napětí na vývodu 7 IO U AK [V] napětí anoda katoda U AUX [V] pomocné výstupní napětí IO U BAT [V] napětí baterie U BE [V] napětí báze emitor tranzistoru U BG [V] referenční napětí NRO U BZ [V] Zenerovo napětí v náhradním schématu U C [V] synchronizační napětí U C [V] napětí na kondenzátoru U CC [V] napájecí napětí

11 U CE [V] napětí kolektor emitor tranzistoru U CEM [V] maximální napětí U CE U CES [V] saturační napětí tranzistoru U CM [V] součtové napětí OZ U DR [V] závěrné napětí diody U DRMAX [V] maximální závěrné napětí diody U DSRmax [V] maximální reversní napětí tranzistoru MOS U EN [V] ovládací napětí vstupu ENABLE U ERR [V] chybové napětí zpětnovazební smyčky U GE [V] napětí řídicí elektroda emitor U GS [V] řídicí napětí FET tranzistoru U IN [V] vstupní napětí U ind [V] indukované napětí U INV [V] inversní (opačné) napětí U IO [V] napět ová nesymetrie OZ U KA [V] napětí katoda anoda U L [V] napětí na cívce (indukčnosti) U LIMIT [V] omezovací napětí U NRO [V] jmenovité napětí NRO U o [V] střední hodnota usměrněného napětí, výstupní napětí U OI [V] vstupní napětí OZ U OSC [V] maximální hodnota oscilátorového napětí pilového průběhu U OUTp-p [V] napět ový rozkmit zvlnění na výstupu U pk [V] špičková hodnota napětí U PWM [V] napětí na vstupu PWM U R [V] napětí na odporu, závěrné napětí diody U REF [V] referenční napětí U š-š [V] napětí špička-špička zvlnění U SC [V] úbytek napětí na snímacím odporu proudu U SD [V] napětí vstupu SHUTDOWN u sek [V] okamžitá hodnota sekundárního napětí U ss [V] pomocné napětí U stab [V] výstupní napětí stabilizátoru U SW [V] napětí U CE na spínacím trazistoru IO U t [V] teplotní napětí UVLO U vst [V] vstupní napětí U výst [V] výstupní napětí U Z [V] Zenerovo napětí obvod, reagující na podpětí napájení V + [V] kladný potenciál VCO označení oscilátoru, řízeného napětím

12 V E [V] potenciál emitoru VFB označení pro napět ový vstup zpětné vazby v i [V] absolutní hodnota rozdílu napětí V OUT označení svorky výstupního napětí IO V S označení pro napájecí svorku (source) X C [Ω] kapacitance (kapacitní odpor) kondenzátoru y 22e [S] dynamická výstupní admitance ZD označení Zenerovy diody Z o [Ω] vnitřní impedance Z OL [Ω] výstupní impedance OZ Z OUT [Ω] výstupní impedance Z Z [Ω] impedance Zenerovy diody Ž označení žárovky ["] označení pro délkovou jednotku palec (= 25,4 při (za podmínky) α [ o ] fázový úhel přenosu OZ α LR [ o ] fázový úhel LR členu α RC [ o ] fázový úhel RC členu α TKUF [V/K] teplotní koeficient propustného napětí diody α TKUZ [V/K] teplotní koeficient Zenerova napětí β [-] činitel zpětné vazby δ [-] činitel změny napětí δ [mm] tloušt ka izolace plechu transformátoru µ r [H/m] relativní permeabilita ν [%] účinnost ν [%] výkonová účinnost stabilizátoru π [-] Ludolfovo číslo τ [s] časová konstanta RC obvodu τ OFF [K] vypínací teplota τ ON [s] spínací doba diody τ ON [K] zapínací teplota τ RR [s] doba závěrného zotavení diody 2a [mm] šířka středního sloupku EI transformátoru ω [s -1 ] kruhová frekvence