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 1996 2011 Nakladatelství BEN - technická literatura, Vìšínova 5, Praha 10 Alexandr Krejèiøík: NAPÁJECÍ ZDROJE II. BEN - technická literatura, Praha 1997 2011 3. vydání ISBN 80-86056-03-1 (tištìná kniha) ISBN 978-80-7300-295-4 (elektronická kniha v PDF)
OBSAH II. DÍLU str. Seznam užitých značek... 8 10.1.8 Složitější typy jednočinných zdrojů... 17 10.2 Zdroje s externím tranzistorem... 20 10.3 Zjednodušená řada jednočinných zdrojů... 32 10.3.1 Obvody řady MC34060... 36 10.3.2 Obvody řady UC3842... 46 10.3.3 Aplikační zapojení obvodů řady UC3842... 52 10.4 Zdroje s dvojčinným výstupem... 62 10.4.1 Obvody řady TL494... 62 10.4.2 Aplikační zapojení obvodů řady TL494... 66 10.4.3 Obvody řady SG1525... 70 10.4.4 Aplikační zapojení obvodů řady SG1525... 74 10.4.5 Obvody řady SG1526... 78 10.5 Obvod TDA4601... 80 10.6 Obvod MC34066... 87 10.7 Přehled obvodů fy MOTOROLA... 89 11. Popis jednotlivých obvodů fy LINEAR TECHNOLOGY... 92 11.1 Spínané zdroje bez indukčnosti... 92 11.1.1 Aplikační zapojení...108 11.2 Spínané zdroje s indukčností...115 11.2.1 Pětisvorkové obvody řady LT1070...115 11.2.2 Zapojení s transformátory...129 11.2.3 Význam pětisvorkových obvodů...134 11.3 Obvody řady LT1525 a LT1527...134 11.4 Obvody řady LT1524...136 11.5 Obvody řady LT1526...138 11.6 Obvody řady LT1846 a LT1847...139 11.7 Program SWCAD...146 11.7.1 Zdroje jen snižující kladné napětí (POSITIVE BUCK)... 148
str. 11.7.1.1 Vysvětlení činnosti zdroje snižujícího napětí...149 11.7.1.2 Popis časových průběhů...151 11.7.1.3 Zdroje jen snižující záporné napětí (NEGATIVE BUCK)... 154 11.7.1.4 Kritéria pro volbu součástek...155 11.7.1.5 Volba integrovaného obvodu...156 11.7.1.6 Volba vstupního kondenzátoru...157 11.7.1.7 Volba záchytné (rekuperační) diody... 157 11.7.1.8 Volba cívky...158 11.7.1.9 Volba výstupního kondenzátoru...159 11.7.1.10 Návrh LC výstupního filtru...160 11.7.1.11 Návrh vstupního filtru...161 11.7.1.12 Postup návrhu obvodu programem SWCAD...161 11.7.1.13 Vlastnosti integrovaného obvodu...163 11.7.1.14 Ztrátové konstanty materiálu jádra...164 11.7.1.15 Výběr cívky...164 11.7.1.16 Pracovní podmínky...165 11.7.1.17 Pracovní podmínky cívky...166 11.7.1.18 Výběr filtračního kondenzátoru...166 11.7.1.19 Návrh výstupního LC filtru...168 11.7.1.20 Provozní podmínky IO...169 11.7.1.21 Pracovní podmínky diody...170 11.7.2 Invertující zdroje snižující i zvyšující napětí...172 11.7.2.1 Vysvětlení funkce invertujících zdrojů...172 11.7.2.2 Negativně pozitivní invertující zdroj... 175 11.7.3 Zdroje jen zvyšující napětí kladné (BOOST)...175 11.7.3.1 Vysvětlení funkce zdrojů zvyšujících napětí...176 11.7.3.2 Zdroj zvyšující hodnotu záporného napětí...178 11.7.4 Zdroje s odbočkou na cívce...179 11.7.5 Zdroje s transformátorem...183 11.7.5.1 Popis zpětnovazebního zdroje s transformátorem...184 11.7.5.2 Specifikace transformátoru...188 11.7.5.3 Izolační zpětnovazební transformátor...188 11.7.5.4 Spínací sít...189 11.7.5.5 Návrh transformačního poměru...190 11.7.5.6 Volba primární indukčnosti...190 11.7.5.7 Pracovní podmínky transformátoru...192 11.7.5.8 Výběr omezovací Zenerovy diody...193 11.7.6 Výstupy programu SWCAD...193 11.7.7 Výňatky z databází SWCADu...204
str. 12. Popis jednotlivých obvodů fy TEXAS INSTRUMENTS...207 12.1 Spínané zdroje bez indukčnosti...207 12.2 Obvody řady LT107X...211 12.3 Obvod MC34060...213 12.4 Obvody řady SG2524...213 12.5 Obvody řady TL494...222 12.5.1 Varianty obvodu TL594...222 12.5.2 Příklady aplikací...224 12.5.3 Obvod TL598...229 12.5.4 Obvod TL496C...230 12.5.5 Obvod TL497...233 12.5.5.1 Příklady aplikací obvodu TL497...238 12.5.6 Obvod TL1451AC...249 12.6 Obvody řady UC2842...252 13. Vybrané řídicí obvody spínaných zdrojů fy UNITRODE...253 13.1 Proudově řízené obvody...255 13.1.1 Obvody s PWM...255 13.1.2 Nízkopříkonové obvody...258 13.1.3 Dvojčinné nízkopříkonové obvody...260 13.1.4 Rychlé nízkopříkonové obvody...265 13.2 Obvody pro snižování napětí...269 13.3 Rezonanční obvody...270 13.4 Obvody pro preregulátory...273 13.5 Výkonové obvody...281 13.6 Obvody pro nabíječe akumulátorů...287 13.7 Obvody pro řízení světelných zdrojů...291 13.8 Izolovaný zpětnovazební generátor...293 14. Transformátory spínaných zdrojů...296 14.1 Návrh transformátoru...296 14.2 Příklady zdrojů s transformátory...302 15. Zdroje pro PC...309 15.1 Podrobný popis zdroje pro PC...326 15.1.1 Popis funkce zapojení...326 Literatura...343
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
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)
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
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
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
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
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
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 [mm]) @ 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