СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 78 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 мальные паспортные значения тока и напряжения TL431, при которых он работает в штатном режиме (I мин = 1 мА, U мин = 2,5 В мА), известны. Паспортное напряжение на светодиоде PC3H7 при отсутствии тока составляет U Дмах.0 = 0,9 В в диапазоне температур 25…50 ° C. Измеренное максимальное падение напряжения на светодиоде оптрона при максимальном токе 0,75 мА равно U Доптр.макс = 1,1 В (см. таб. 3). Исходя из схемы, изображённой на рисунке 22, можно найти значение напряжения на входе Ref стабилиза- тора TL431: U Ref = U вых × R4 / (R3 + R4). Задав, например, R3 = 51 кОм, можно найти значение R4 из уравнения 2,5 В = = 20,5 В × R4 / (51 кОм + R4). Значе- ние R4 = 2,5 В × 51 кОм / (20,5 – 2,5 В) В = 7,08 кОм, или 7,5 кОм (из ряда Е24). Выбрав из этого же ряда резистор 120 кОм и подсоединив его парал- лельно резистору 7,5 кОм, можно полу- чить близкое к расчётному значение 7,5 кОм||120 кОм = 7,059 кОм (R6 и R7 по схеме на рисунке 19, соответственно). Резистор R1 (см. рис. 22) должен обе- спечить минимальный рабочий ток TL431 I мин = 1 мА при падении напря- жения на светодиоде U Дмах.0 = 0,9 В и отсутствии тока, то есть R1 = 0,9В / 1 мА  910 Ом. Номинал резистора R2 (см. рис. 22) можно найти из следую- щих соображений. Максимальный ток через резистор R1 (I R1макс ) будет равен максимальному падению напряжения на светодиоде оптрона при максималь- ном токе I Дмакс. = 0,75 мА (U Доптр.макс ), делён- ном на R1, то есть I R1макс = U Доптр.макс / R1 = = 1,1 В / 910 Ом = 1,2 мА. Максимальный ток через резистор R2 (I R2макс ) равен сум- ме максимального тока через светодиод оптрона (I Дмакс. = 0,75 мА) и максимально- го тока через резистор R1, то есть I R2макс = = I Дмакс + I R1макс = 0,75 мА + 1,2 мА = 1,95 мА. Минимальное значение напряже- ния на резисторе R2 (U R2мин ) будет рав- но разности между выходным напря- жением (U вых = 20,5 В) и минимальным напряжением (U мин = 2,5 В) на стабили- заторе TL431, при котором он ещё рабо- тает в штатном режиме, то есть U R2мин = = U вых –U мин. = 20,5 В – 2,5 В = 18 В. Зная ток через R2 (I R2макс = 1,95 мА) и напряжение на нём (U R2мин = 18 В), можно определить примерный номинал резистора R2 = = U R2мин / I R2макс = 18 В / 1,95 мА = 9,23 кОм. Сопротивление резистора R2 опре- деляет своего рода коэффициент уси- ления тока TL431. Дело в том, что эта ИС содержит ОУ с большим коэффици- ентом усиления. Поэтому даже незна- чительное отклонение напряжения, поданного на его вход Ref, приво- дит к резкому изменению выходно- го тока. Этот ток проходит через R2 и, естественно, им ограничивается. От сопротивления R2 зависит рост тока при изменении напряжения на входе Ref, то есть, регулируя R2, можно изме- нять чувствительностьШИМ к измене- нию напряжения на входе Ref. Если этот коэффициент усиления слишком боль- шой, то незначительное увеличение напряжения на входе Ref может при- вести к полному исчезновению импуль- совШИМ. С другой стороны, при малом коэффициенте усиления изменение напряжения на входе Ref будет сла- бо влиять на длительность импульсов, что не позволит обеспечить требуемый коэффициент стабилизации. Чтобы выбрать оптимальный коэф- фициент усиления (то есть сопротив- ление R2), необходимо собрать схему (см. рис. 23) и экспериментально уста- новить сопротивление R2 таким, чтобы регулирование длительности импуль- сов осуществлялось при изменении напряжения питания в диапазоне от минимального 20,5 В до максимально- го 22,5…23 В. Для этого на лаборатор- ном ИП установим значение напря- жения питания стабилизатора 20,5 В, а движок резистора R* сместим впра- во (в соответствии со схемой на рисун- ке 23), то есть «закоротим» его. В этом случае значение R2 будет равно 8,2 кОм, а длительность импульсов будет макси- мальной. Увеличим напряжение пита- ния на 0,1 В, то есть до 20,6 В. В этом случае длительность импульсов будет очень короткой или они вообще про- падут. Это означает, что коэффици- ент усиления очень высок. Восстано- вим напряжение до 20,5 В и сместим движок резистора R* влево, например, на треть. Ещё раз увеличим напряжение на 0,1 В до 20,6 В. В этом случае длитель- ность импульсов незначительно умень- шится, а при увеличении напряжения на 1 В длительность уменьшится при- близительно в два раза. И только при увеличении напряжения до 25…26 В длительность импульсов станет совсем короткой (0,2…0,5 мкс.). Это означает, что коэффициент усиления мал. При установке сопротивления R* таким образом, что общее сопротив- ление (R* + 8,2) кОм будет равно ранее рассчитанному значению R2 = 9,23 кОм, максимальное значение напряжения питания, при котором ещё будут наблю- даться импульсы, окажется выше необ- ходимых 23 В. Путём подобных экспе- риментов можно найти оптимальное значение R2 = 9,6…9,7 кОм, при котором регулирование длительности импуль- сов осуществляется в требуемом диапа- зоне напряжения питания 20,5…22,5 В. Сопротивление 9,67 кОм образуют два параллельно соединённых резистора 10 кОм и 300 кОм. На плате предвари- тельного стабилизатора (см. рис. 19) именно такие номиналы и установле- ны (R2 = 10 кОм, R3 = 300 кОм). Как показали измерения напряжения на выходе LC-фильтра, в зависимости от тока нагрузки оно изменяется следу- ющим образом. При отсутствии нагруз- ки напряжение равно приблизительно 22,5…23 В, при токе нагрузки в диапа- зоне от 2 А до 7,5…8 А напряжение рав- но 20,54 В и от нагрузки мало меняет- ся. При токе нагрузки в 10 А напряже- ние равно 20,3 В. Технология подбора сопротивле- ния R2 приводится для того, чтобы при использовании оптронов другого типа, +20,5 В Aопт Копт TL431A PC3H7 +2,5 В R2 R1 1 2 3 4 R3 R4 Рис. 22. Упрощённая схема предварительного стабилизатора Таблица 3. Зависимость длительности импульса ШИМ от тока светодиода оптрона Показатель Значение I Доптр , мА 0,763 0,744 0,704 0,667 0,626 0,585 0,546 0,490 Т ШИМ , мкс 0,5 1 2 3 4 5 6 7 U Доптр , В – 1,1 – – – – – 1,08 © СТА-ПРЕСС