4.5.3. Tipuri reprezentative
Din multitudinea de tipuri de regulatoare de comutaţie, fabricate în prezent, este dificil de selectat un tip reprezentativ. Fiecare tip oferă diverse facilităţi care dau o notă de particularitate aplicaţiilor sale. Pentru prezentare s-au ales circuitele µA 78S40 (Fairchild) şi SG 1524 (Silicon General), deoarece structura lor simplifică descrierea aplicaţiilor şi versatilitatea lor este maximă.
Circuitul integrat µA 78S40 (fig. 4.95) conţine suplimentar faţă de alte tipuri de regulatoare de comutaţie un amplificator operaţional şi o diodă de comutaţie.
Oscilatorul furnizează semnalul de comandă pentru circuitele care dirijează tranzistorul comutator compus dintr-un Darlington Q1, Q2. Frecvenţa oscilatorului se fixează conectînd un capacitor extern CT într-un terminal cu acelaşi nume şi masă. Dimensionarea capacitorului se face prin relaţia:
CT[µF]=4,5 x 10-4toff[µs] (4.117)
unde, toff — durata de blocare a tranzistorului comutator. Factorul de umplere al impulsurilor furnizate este fixat intern la circa 90%. Un circuit limitator de curent compensat termic sesizează mărimea curentului prin comutator şi reduce durata impulsurilor (ton). Astfel, factorul de umplere se reglează pentru o formă de undă de comandă optimă, prin fixarea unei limite maxime pentru circuitul de vîrf IPK, conectînd între terminalele VCC şi un rezistor extern RSC, dimensionat cu relaţia:
Prin această reducere a factorului de umplere se asigură totodată şi protecţia tranzistorului comutator.
Referinţa de tensiune furnizează o tensiune VREF =1,3 V şi un curent IREF de maximum 10 mA. Performanţele de stabilizare prezentate sînt excelente.
O fracţiune din tensiunea de ieşire se compară cu tensiunea de referinţă prin intermediul unui comparator (amplificator de eroare) cu amplificare în buclă deschisă mare. Cînd tensiunea de ieşire V0 devine prea mare, ieşirea comparatorului cade la masă ceea ce face ca ieşirea porţii S să rămînă în starea JOS. Ca urmare, ieşirea Q a bistabilului de tip latch rămîne în starea JOS, blocînd comutatorul (Q1, Q2) indiferent de semnalul livrat de oscilator. Bistabilul rămîne blocat pînă cînd tensiunea V0 revine la valoarea iniţială.
Comutatorul realizat cu o configuraţie Darlington poate manipula curenţi de ordinul 1,5 A şi rezistă la tensiuni VCEO=40 V. Accesul la emitorul şi colectorii separaţi ai tranzistoarelor ce alcătuiesc configuraţia Darlington permite optimizarea conectării comutatorului.
Cînd comutatorul se utilizează cu ambele colectoare scurtcircuitate, tensiunea de saturaţie este VS=l,l V. Dacă se separă colectorul tranzistorului de comandă Q1 de cel al tranzistorului comutator Q2, căderea de tensiune pe comutator cînd conduce se reduce la 0,5 V.
Dioda de comutaţie D trebuie să reziste la curenţi în direct de 1,5 V şi la tensiuni inverse de 40 V.
Amplificatorul operaţional suplimentar este independent de restul circuitului. El se alimentează de la o singură sursă de tensiune pozitivă separată şi poate livra la ieşire curenţi pînă la 150 mA. Domeniul tensiunii sale de intrare pe mod. comun începînd de la 0 V, acest amplificator operaţional poate fi utilizat pentru a furniza un ai doilea nivel de tensiune de ieşire stabilizată simetric faţă de masă (de polaritatea inversă cu primul).
Regulatorul de comutaţie µA 78S40 poate funcţiona cu o tensiune de intrare între 2;2 … 40 V, curentul consumat în gol nedepăşind cîţiva mA. Aceste caracteristici îl recomandă pentru aplicaţii în aparatura portabilă.Facilitatea de a comanda în contratimp două tranzistoare comutator QA, QB oferită de regulatorul de comutaţie SG 1524 (fig. 4.96), permite utilizarea sa în combinaţie cu oricare tip din convertoarele c.c.—c.c. descrise.
Oscilatorul integrat în circuit conţine un generator de curent constant I care se programează prin conectarea unui rezistor extern RT între terminalele RT şi MASA, în domeniul 30 µA… 2 mA în conformitate cu relaţia:
I = 3,6 V/RT (4.119)
Acest curent încarcă un condensator extern CT conectat între terminalul cu acelaşi nume şi masă. Pe condensator se obţine o tensiune liniar variabilă crescătoare, care, cînd atinge o valoare limită fixată intern, comandă blocarea generatorului de curent I. Condensatorul CT se descarcă rapid. Pe durata descărcării la ieşirea oscilatorului se generează un impuls dreptunghiular, utilizat pentru:
— comanda intrării de tact a circuitului basculant bistabil (flip-flop);
— blocarea simultană a tranzistoarelor comutator QA, QB pe durata tranziţiilor interne (este suficient ca cel puţin una din intrările unui circuit SAU—NU să fie în intrarea SUS pentru ca la ieşire să se asigure starea JOS);
— comanda sincronizării stabilizatoarelor sclav cînd se foloseşte un sistem de alimentare cu mai multe stabilizatoare în comutaţie.
Circuitul basculant bistabil furnizează comanda în contratimp, prin intermediul porţilor SAU—NU, a tranzistoarelor de ieşire QA, QB. Pentru a împiedica cele două tranzistoare să conducă simultan pe durata tranziţiei ieşirilor Q şi Q; impulsul de ieşire al oscilatorului înhibă porţile SAU—NU. Sistemul este eficient atîta vreme cît durata impulsului de inhibare este mai mare decît timpul de întîrziere al semnalului prin circuitul bistabil. Se observă că în comutarea tranzistoarelor QA, QB apare un timp mort. O durată de 0,5 µs pentru lăţimea impulsurilor se consideră suficientă. Acest mod de operare limitează inferior domeniul de valori pentru condensatorul CT. Deoarece timpul său de descărcare este mult mai mic decît timpul de încărcare, perioada impulsurilor livrate de oscilator se poate aproxima cu expresia:
T=CtRt (4.120)
Dacă din diverse motive pentru CT se folosesc capacitoare de valori mici, durata impulsurilor de la ieşirea oscilatorului se va lăţi prin conectarea unui capacitor între terminalul IEŞIRE OSC şi MASA, de ordinul 100 pF.
Limita superioară a domeniului de valori pentru capacitorul CT este dată de factorul de umplere maxim acceptabil în aplicaţie. Uzual CT ia valori în domeniul 1 … 100 nF.
Pentru sincronizarea cu un semnal de tact extern, pe terminalul IEŞIRE OSC, se aplică impulsuri cu amplitudinea de circa 3 V (impedanţă de ieşire a oscilatorului ≈ 2 kΩ). Frecvenţa oscilatorului propriu circuitului integrat se fixează la o valoare ceva mai mică decît a semnalului de sincronizare.
Sistemele de alimentare cu mai multe stabilizatoare de comutaţie cu SG 1524 se construiesc pe principiul „stă- pîn-sclav”.
Frecvenţa şi durata impulsurilor furnizate de oscilatorul „stăpînului” se proiectează mai mari decît cele ale „sclavului”. Pentru frecvenţă un raport de 1,1 :1 este suficient. Pentru durata impulsurilor de obicei se impune:
CT(sclav)=0,5 CT(stăpîn) (4.121)
Sincronizarea pe frecvenţa stăpînului se obţine prin simpla conectare împreună a tuturor terminalelor de ieşire din oscilatoare.
Amplificatorul de eroare compară o fracţiune din tensiunea de ieşire cu o fracţiune din tensiunea de referinţă furnizată de un stabilizator intern. El este un amplificator diferenţial de transconductanţă, caracterizat printr-o rezistenţă cie ieşire de ordinul a 5 MΩ. Amplificarea de tensiune în buclă deschisă la joasă frecvenţă se poate fixa printr-un rezistor extern RL conectat între ieşirea sa (terminalul COMP) şi masă, conform relaţiei:
Av=gmRL=2 x 10-3RL (4.122)
Caracteristica amplificare în buclă deschisă-frecvenţă prezintă un pol la o frecvenţă de aproximativ 200 Hz şi o bandă de frecvenţă la cîştig unitar de 5 MHz. Cu ajutorul acestor date se poate determina uşor reţeaua optimă de compensare a fazei, care se cuplează între terminalul COMP şi masă.
O altă utilizare a acestui terminal constă în supraco- manda amplificatorului de eroare, prin absorbirea unui curent de 200 µA cu ajutorul unui circuit extern. Ca efect, ieşirea comparatorului comută în starea SUS, ceea ce conduce la blocarea tranzistorului comutator QA, QB.
Aceeaşi funcţie se poate obţine dacă la intrarea circuitului de tăiere (terminalul SD) se aplică un semnal de nivel ridicat.
Stabilizatorul de tensiune intern furnizează o tensiune de 5 V folosită pentru alimentarea celorlalte blocuri funcţionale. El se poate folosi ca stabilizator de tensiune independent pentru alte circuite externe. Dacă se doreşte un curent de ieşire rhai mare de 50 mA se va adăuga un tranzistor extern de tip PNP.
Comparatorul dfe tensiune este blocul funcţional care realizează modularea duratei impulsurilor de comandă a tranzistoarelor QA, QB. El compară semnalul de eroare furnizat la ieşirea amplificatorului de eroare (proporţional cu variaţia tensiunii de ieşire a stabilizatorului) cu semnal de tensiune liniar crescătoare cules pe capacitorui CT. Cît timp nivelul primului semnal este mai mare decît al celui de-al doilea, ieşirea comparatorului este în starea JOS. Cum pe durata încărcării condensatorului CT ieşirea oscilatorului intern se află şi ea în starea JOS, rezultă că la unul din circuitele SAU—NU toate intrările vor fi în această stare. Ca urmare, ieşirea porţii logice va comuta în starea SUS şi va deschide tranzistorul comutator aferent pe durata cît se: respectă condiţia dintre nivelele semnalelor de la intrările comparatorului.
La căderea semnalului pe condensatorul CT, impulsul furnizat la ieşirea oscilatorului blochează tranzistorul deschis şi modifică stările pe ieşirile circuitului bistabil. Astfel, la următorul impuls de tensiune liniar crescătoare, se îndeplinesc condiţiile de deschidere a celuilalt comutator.
Se observă faptul că frecvenţa impulsurilor pe un comutator este jumătate din frecvenţa oscilatorului. Factorul de umplere al impulsurilor pe un comutator poate varia de la 0% la maximum 45%. Extinderea domeniului pentru factorul de umplere pînă la 90% se poate realiza conectînd în paralel cele două tranzistoare de ieşire.
Fiecare tranzistor de ieşire este prevăzut cu:
- circuit de limitare a curentului de colector la 100 mA;
- circuit antisaturaţie pentru a îmbunătăţi răspunsul;
- acces atît la colector cît şi la emitor pentru a putea comanda tranzistoare externe PNP şi NPN.
Tensiunea colector-emitor la un curent de 50 mA nu depăşeşte 2 V.
Circuitul de limitare blochează ambele tranzistoare de ieşire cînd tensiunea aplicată între terminalele CL+ şi CL— depăşeşte 220 mV. Acest circuit prezintă o tensiune pe mod comun maxim admisă de ±1 V şi un pol la circa 300 Hz în caracteristica amplificare-frecvenţă. El se utilizează în realizarea diverselor circuite de protecţie.
Curentul consumat în gol de regulator este mai mic de 10 mA.
Articole din aceasi publicatie