Пример 4. Расчет импульсного стабилизатора напряжения с ограничением тока и широтно-импульсной модуляцией (шим) с использованием микросхемы а74s40 фирмы Fairchild

Принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения приведена на рис. 6.

Импульсный стабилизатор может работать в диапазоне входных напряжений

= (5…40)В, выходных = (1,5...35)В. Если входное напряжение превышает 40В, то

можно установить дополнительный стабилитрон VD2, подключив его к 11 выводу микросхемы DA1 с напряжением стабилизации

.

Если входное питающее напряжение меньше 40В, то вместо стабилитрона устанавливается проводная перемычка.

Рис. 6. Принципиальная электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения с использованием микросхемы А74S40

Микросхема А74S40 представляет собой многоцелевой импульсный стабилизатор с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) с погрешностью 0,01%. Максимальный ток внутреннего потребления микросхемы DA1 составляет 2,5 мА при =5В и 3,5мА при=40В. Диапазон допустимых рабочих температур микросхемы коммерческого исполнения составляет от 0 до 70°С. Частота генератора может быть установлена в пределах 0,1...100 кГц. Выходные транзисторы микросхемы могут выдерживать напряжение до 40В с током до 1,5А. Типовое значениетранзисторамикросхемыDA1 составляет 1,1В и при I_к = 1А не превышает значения 1,3В. Диод микросхемы А74S40 выдерживает напряжение 40В, и на нем падает 1,5В при токе в 1А в прямом включении. Типовое значение =1,25Впри 1A. Источник опорного напряжения микросхемыDA1 имеет типовое значение 1,3В.

Схема стабилизатора работает следующим образом. На транзисторе VT1, катушке индуктивности и диодеVD1 собран силовой ключ импульсного стабилизатора. Транзистор VT1 работает в импульсном режиме класса D, когда он насыщен (т.е. его коллекторно-эмиттерный переход открыт), подключается к индуктивности и ток через нее возрастает и, протекая через нагрузку, возвращается на вход. Когда транзисторVT1 закрыт, индуктивность становится источником энергии, полярность на ней изменяется на противоположную, и ток идет по контуру, связывающему индуктивность, нагрузкуи диодVD1, который в этом такте становится токопроводящим. Выходное напряжение стабилизатора зависит от открытого или закрытого состояния транзистора. В стабилизаторе используется метод ШИМ, который применен в микросхеме DA1.

Микросхема работает следующим образом (рис. 7).

ПериодТ широтно-импульсного модулятора стабильный и задается генератором. Частота генератора задается емкостью конденсатора. Генератор выдает короткие нулевые импульсы, которые, поступая на инверсный вход «R» - триггера, создает на выходе Q

Рис. 7. Временные диаграммы ШИМ импульсного стабилизатора

нулевой сигнал, тем самым закрывая транзисторыVT2´, VT1´, VT1. После этого напряжение на выходе стабилизатора начинает понижаться. Часть этого напряженияпоступает на 10 вход микросхемы (вход компаратора). На 9 вход подано, и как толькостанет ниже, на выходе компаратора появляется единичный сигнал, который поступает на вход логического элемента «И». Совместно с единицей с выхода генератора, они образуют на входе «S» «RS» -триггера единицу, которая устанавливает на выходе Q единицу , открывает транзисторыVT2´, VT1´, VT1, подключаяк индуктивности, в которой накапливается энергия.

Время закрытого состояния транзистора зависит от скорости снижениянапряжения, которое, в свою очередь, зависит от протекающего тока нагрузки . Еслибольшой, тоснижается быстро и, соответственно, компаратор переключается быстрее, т.е. время паузыснижается, а время импульсаувеличивается.