Top232gn схема включения без трансформатора

Обновлено: 10.01.2025

Особенности применения микросхем TOPSwitch

Одним из основных требований, предъявляемых к современной электронной аппаратуре, является обеспечение минимальных габаритов и потребления при максимальной эффективности (КПД). Прежде всего это требование предъявляется ко вторичным источникам питания (ВИП), без которых не обходится практически ни одно электронное устройство, будь то музыкальная, видео- или компьютерная техника.

В последние годы появилось достаточно много интегральных схем, решающих эти задачи более или менее успешно. Хорошие микросхемы для SMPS (Switch Mode Power Supply) разработаны фирмами Samsung (Samsung Power Switch), ST-Microelectronics (Viper). Одним из самых интересных решений следует признать серию микросхем TOPSwitch фирмы Power Integrations, наиболее полно удовлетворяющих предъявляемым к SMPS требованиям. Эти устройства обеспечивают диапазон мощностей до 100 Вт, выполняют все необходимые функции и способны помочь не только разработчикам при создании новой аппаратуры, но и заменить устаревшие схемы на дискретных компонентах в уже готовых изделиях как промышленного, так и бытового назначения.

Массовое применение таких микросхем сдерживается, как нам кажется, двумя факторами. Первый — это косность мышления, и тут уж ничего не поделаешь. Второй — отсутствие достаточной информации о технических характеристиках, режимах работы, практических схемах применения. Большинство из появившихся в последнее время на эту тему статей носит, как правило, рекламный характер. В то же время фирма Power Integrations предоставляет пользователям все необходимые сведения как о самих микросхемах, так и о схемах их применения. Есть достаточный объем данных и об особенностях топологии, и о методах расчета импульсных трансформаторов. Данная статья предназначена для ликвидации пробелов в информации и оказания помощи пользователям TOPSwitch в решении интересующих их вопросов.

Практичная замена схем на дискретных компонентах:

TOPSwitch обеспечивает более высокую надежность и меньшие габариты, чем схема на дискретных компонентах.
Специальная схема управления силовым MOSFET-транзистором снижает EMI.

встроенная схема «мягкого запуска» и ограничения тока уменьшает статические потери;
быстродействующий MOSFET-транзистор снижает динамические потери;
потребление драйвера MOSFET не превышает 6 мВт;
схема ограничения коэффициента заполнения минимизирует потери проводимости.

просто встраивается в большинство схем;
совмещенная схема контроллера и силового MOSFET-транзистора в корпусе ТО-220;
все сервисные функции задаются одним внешним конденсатором.

автоматический рестарт и циклическая защита от перегрузок;
встроенная тепловая защита.

реализует функции понижающего DC-DC конвертора, прямоходового и обратноходового преобразователя, корректора коэффициента мощности;
легко согласуется с оптическими и трансформаторными устройствами обратной связи.

1. Технические характеристики

1.1. Предельные значения параметров

Напряжение на выводе DRAIN	–0,3. 700 В
Напряжение на выводе CONTROL	–0,3. 9 В
Температура хранения	–65. 125° С
Рабочая температура кристалла	–40. 150° С
Тепловое сопротивление Rja	700 C/W
Тепловое сопротивление Rjc	20 C/W

1.2. Основные характеристики

Частота регулирования	100 кГц
Максимальный коэффициент заполнения	70 %
Коэффициент передачи (управляющий ток — коэффициент заполнения)	–16 %/мА
Ток смещения	2,5 мА
Динамический импеданс	15 W
Пороговое напряжение схемы авторестарта	5,7 В
Частота работы схемы авторестарта	1,2 Гц
Пороговое напряжение включения	3,3 В
Управляющий ток заряда Ic	1,5 мА
Управляющий ток разряда ICD1/ICD2	1,2/0,8 мА
Ток ограничения (сопротивление канала открытого транзистора Rdson)
ТОР200	0,5 А (20 W)
ТОР201	1 А (10 W)
ТОР202	1,5А (8 W)
ТОР203	2 А (6 W)
ТОР214	2,5 А (5 W)
ТОР204	3 А (4 W)
Ток потребления в дежурном режиме	500 мкА

2. Описание

высоковольтный N-канальный силовой MOSFET-транзистор со схемой управления;
ШИМ-регулятор со встроенным генератором 100 кГц;
схема запуска и перезапуска;
bandgap-источник опорного напряжения;
усилитель сигнала ошибки, регулятор сигнала обратной связи;
схема защиты.

По сравнению со схемой на дискретных элементах, TOPSwitch позволяет уменьшить размеры источника питания и его вес, снизить стоимость разработки и изготовления, обеспечивает более высокую надежность и эффективность работы. Эти микросхемы предназначены для использования в SMPS, рассчитанных на мощность до 100 Вт и работающих от напряжения до 270 VAC.

В таблице приведена выходная мощность микросхем TOP200 — TOP204.

2.1. Назначение выводов:

DRAIN — вывод стока силового транзистора. Обеспечивает питание микросхемы при запуске за счет встроенного высоковольтного источника тока. К этому же выводу подключен вход измерителя тока.

SOURCE — вывод истока силового транзистора. Общий вывод схемы управления и источника опорного напряжения.

Рис. 1. Функциональная схема

При нормальной работе коэффициент заполнения импульсов линейно уменьшается с увеличением тока на выводе CONTROL — Ic, как показано на рис. 2. Для выполнения всех необходимых операций регулирования и защиты выводы микросхемы должны выполнять несколько функций, которые будут описаны ниже.

Рис. 2. Зависимость коэффициента заполнения D от тока I_c

2.2. Питание микросхемы

Напряжение V_c на выводе CONTROL является напряжением питания контроллера и драйвера выходного транзистора. Внешний конденсатор, подключенный между выводами CONTROL и SOURCE, используется для питания драйвера затвора. Величина его емкости CT также задает период авторестарта и определяет постоянную времени цепи петлевой коррекции. Напряжение Vc задается двумя способами. Гистерезисное регулирование применяется для начального запуска и в режиме перегрузки. Шунтовое регулирование используется для разделения ШИМ-сигнала ошибки и тока питания схемы управления.

При запуске напряжение питания схемы Vc образуется за счет тока источника, включенного между высоковольтным импульсным выводом DRAIN и выводом CONTROL (см. рис. 1). Источник тока обеспечивает ток, достаточный для питания микросхемы и для заряда конденсатора CT.

Когда при включении напряжение Vc достигает верхнего порогового значения, высоковольтный источник тока отключается. Одновременно начинает работать ШИМ-модулятор и драйвер выходного транзистора, как показано на рис. 3, а. При нормальной работе (в процессе стабилизации выходного напряжения) напряжение Vc образуется за счет тока цепи обратной связи. Схема регулирования поддерживает напряжение Vc на уровне около 5,7 В, шунтируя ток цепи обратной связи на выводе CONTROL, превышающий необходимое значение тока питания микросхемы, измеряемого на резисторе RE.

Рис. 3. Пуск схемы при нормальной работе (а) и авторестарте (б)

Низкий динамический импеданс Zc вывода CONTROL задает коэффициент передачи усилителя сигнала ошибки при использовании схемы с первичной цепью обратной связи. Значение Zc вместе с внешним резистором и конденсатором определяет также работу цепи петлевой коррекции источника питания.

Если емкость CT разрядится до нижнего порогового значения, MOSFET-транзистор отключается, и схема управления переходит в дежурный режим. Высоковольтный источник тока снова начинает работать и заряжать конденсатор CT. На рис. 4 показан ток Ic заряда (отрицательной полярности) и разряда IDC (положительной полярности).

Рис. 4. Нормальная работа (1), авторестарт (2), срабатывание защиты (3), отключение (4)

2.3. Bandgap-источник опорного напряжения

Все используемые в TOPSwitch напряжения задаются от термостатированного источника опорного напряжения. Он также используется для задания стабильной частоты опорного генератора и тока драйвера MOSFET.

2.4. Задающий генератор

Генератор линейно заряжает и разряжает внутреннюю емкость, вырабатывая пилообразное напряжение для широтно-импульсного модулятора. В начале каждого цикла он формирует импульс синхронизации для ШИМ-модулятора и схемы защиты. Номинальная частота 100 кГц выбрана для минимизации EMI и получения максимального КПД.

2.5. Широтно-импульсный модулятор

ШИМ-модулятор обеспечивает регулирование напряжения за счет изменения скважности импульсов, управляющих MOSFET-транзистором обратно пропорционально величине управляющего тока вывода CONTROL. Сигнал ошибки, снимаемый с резистора RE, фильтруется RC цепочкой с частотой среза 7 кГц для снижения импульсного шума. ШИМ-сигнал формируется при сравнении отфильтрованного сигнала ошибки с пилообразным напряжением. Выходной MOSFET- транзистор открывается по тактовому сигналу, вырабатываемому генератором. Закрывается транзистор по сигналу с выхода ШИМ-модулятора. Модулятор имеет ограничение минимального времени включения. При этом обеспечивается независимость тока потребления от величины сигнала ошибки.

2.6. Усилитель сигнала ошибки

В схеме с первичной обратной связью регулятор/усилитель сигнала ошибки (на функциональной схеме он называется SHUNT REGULATOR) поддерживает напряжение Vc на выводе CONTROL. Опорное напряжение регулятора задается источником опорного напряжения. Коэффициент передачи усилителя сигнала ошибки определяется динамическим импедансом входа CONTROL. Втекающий ток отделяется регулятором от тока питания и формирует на резисторе RE сигнал ошибки.

2.7. Ограничитель тока

Циклический ограничитель пикового тока силового транзистора использует сопротивление открытого канала MOSFET в качестве датчика тока. Компаратор ограничителя сравнивает падение напряжения на открытом транзисторе VON с термостабилированным напряжением уставки. При превышении напряжением VON напряжения установки компаратор отключает MOSFET-транзистор до начала следующего цикла работы.

Схема формирования начальных пробелов (LEADING EDGE BLANKING) отключает компаратор на короткое время после включения транзистора. Время пробела выбирается так, чтобы пиковые токи заряда конденсаторов и токи обратного восстановления выпрямительных диодов не вызывали срабатывания ограничителя.

2.8. Отключение/авторестарт

Для уменьшения рассеиваемой мощности схема отключения и рестарта при нарушении условий нормального функционирования начинает работать с коэффициентом заполнения около 5 %. При этом ток на выводе CONTROL прерывается, и схема регулирования переходит в режим перезапуска.

Когда признаки неисправности пропадают, вновь начинается нормальное регулирование выходного напряжения.

2.9. Аварийное отключение

Отключение выхода при перегрузке по напряжению происходит при появлении токового импульса на входе CONTROL. Для повторного включения схемы необходимо снять питание или кратковременно снизить напряжение на входе CONTROL ниже порога включения (3,3 В).

2.10. Защита от перегрева

Тепловая защита отключает выходной транзистор при температуре кристалла около 145° С. Перезапуск схемы производится аналогично описанному в п. 2.9.

2.11. Высоковольтный источник тока

Источник тока обеспечивает питание микросхемы и заряд внешнего конденсатора CT при запуске и перезапуске. Источник тока работает в импульсном режиме с коэффициентом заполнения около 35 %. Эта величина определяется соотношением тока заряда IС вывода CONTROL и разряда (ICD1, ICD2). При нормальной работе источник тока отключается, когда идет процесс переключения выходного транзистора.

3. Схемы включения

3.1. Схема с первичной цепью обратной связи

На рис. 5 приведена основная схема включения с трансформаторным выходом и цепью первичной обратной связи с использованием дополнительной обмотки. Эта схема применяется в устройствах, где необходима гальваническая развязка и возможны небольшие изменения тока нагрузки.

Рис. 5. Простейшая схема подключения. Выходное напряжение - 5 В, мощность 5 Вт, стабильность выходного напряжения 4%

Обратная связь по напряжению обеспечивается за счет дополнительной обмотки трансформатора. Высоковольтное напряжение постоянного тока приложено к первичной обмотке, второй вывод которой подключен к выходу силового MOSFET-транзистора микросхемы TOP200. Коммутация происходит с частотой 100 кГц, задаваемой внутренним генератором микросхемы. Элементы схемы VR1 и D1 ограничивают переходные выбросы напряжения, образующиеся при коммутации тока в первичной обмотке. Напряжение с вторичной обмотки трансформатора выпрямляется и фильтруется элементами D2, C2, C3, L1.

Напряжение обратной связи с дополнительной обмотки фильтруется цепочкой R1C5. Регулирование происходит таким образом, что на выводе CONTROL поддерживается напряжение 5,7 В. Когда выпрямленное напряжение обратной связи достигает рабочего уровня, через вход CONTROL начинает протекать ток. Рост тока управления приводит к увеличению скважности импульсов, управляющих работой силового транзистора. Этот процесс продолжается до достижения выходным напряжением точки стабилизации. Уровень выходного напряжения определяется соотношением витков выходной обмотки и обмотки обратной связи.

Конденсатор С5 также обеспечивает петлевую коррекцию источника питания и определяет частоту авторестарта при запуске и перезапуске.

3.2. Схемы с оптопарой

Схема, приведенная на рис. 6, имеет вторичную цепь обратной связи и работает при изменении входного напряжения от 85 до 265 В. Повышение точности и стабильности регулирования достигается за счет цепи управления, содержащей стабилитрон и оптопару.

Рис. 6. Схема с оптопарой в цепи обратной связи. Выходное напряжение - 7,5 В, мощность 15 Вт, стабильность выходного напряжения 0,5%

Напряжение обратной связи выпрямляется и фильтруется диодом D3 и конденсатором С4. Выходное напряжение определяется падением напряжения на стабилитроне VR2 и светодиоде оптопары U2. Резистор R1, CTR (коэффициент передачи тока) оптопары и коэффициент передачи по управляющему току микросхемы TOPSwitch задают петлевое усиление схемы. Нулевой полюс петли регулирования определяется величиной С5, динамическим импедансом входа управления и ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением) конденсатора. С5 также выполняет все описанные в предыдущих схемах функции. R2 и VR2 обеспечивают минимальную необходимую нагрузку схемы при отсутствии выходного тока.

Рис. 7. Прецизионная схема с оптопарой в цепи обратной связи. Выходное напряжение - 15 В, мощность 30 Вт, стабильность выходного напряжения 0,2%

Схема, приведенная на рис. 7, обеспечивает более точную стабилизацию напряжения за счет применения источника опорного напряжения U3. Выходное напряжение можно подстраивать с помощью делителя R4, R5. В этой схеме С9 ограничивает полосу частот TL431 для повышения стабильности. R1 ограничивает ток светодиода оптопары и определяет частоту контура регулирования.

3.2. Корректор коэффициента мощности

TOPSwitch может быть использован как бустерный регулятор, работающий на фиксированной частоте. При этом он реализует функцию корректора коэффициента мощности и снижает THD (гармонические искажения). Подобная схема показана на рис. 8. Она обеспечивает выходную мощность 65 Вт при выходном напряжении 410 В при коэффициенте мощности 0,98 и THD — 8 %.

Рис. 8. Бустерная схема корректора коэффициента мощности. Выходная мощность 65 Вт

Бустерная схема образована элементами L1, D1, C4 и микросхемой TOP202. Диод D2 предотвращает обратный ток через тельный диод MOSFET-транзистора, который может возникнуть вследствие переходных процессов создаваемых индуктивностью и паразитными емкостями. R1 создает компенсационный ток, пропорциональный мгновенному значению выпрямленного входного напряжения, которое в свою очередь меняется непосредственно с управляющими импульсами. С2 фильтрует высокочастотный импульсный ток. R2 служит для развязки компенсационного тока от фильтрующего конденсатора С3, чтобы предотвратить эффект усреднения, который может увеличить гармонические искажения.

При включении схемы С3 заряжается до 5,7 В, что соответствует пороговому значению для схемы регулирования. При нормальной работе ток через стабилитроны VR1, VR2 попадает на управляющий вход микросхемы и непосредственно управляет скважностью выходных импульсов. R3, C3 предназначены для фильтрации сигнала обратной связи и предотвращения пульсаций выходного напряжения при изменении скважности.

Микросхемы маломощного высоковольтного импульсного преобразователя серии TNY2xx

Таблица 1.3. Микросхемы высоковольтного импульсного преобразователя серии TNY2xx

Максимальный

Сопротивление Частота

мощность, Вт,

ток стока, мА

при входном

напряжении, В

Выпускаются микросхемы в корпусе DIP (TNY2xxP), корпусе DIP для поверхностного монтажа (TNY2xxG), микросхема TNY256Y- в корпусе ТО-220-5, расположение выводов показано на рис. 1.28.

Рис. 1.28. Расположение выводов микросхем TNY2xx

Особенности микросхем семейства TinySwitch

Особенности микросхем семейства TinySwitch таковы:

• встроенный силовой транзистор, его максимально допустимое обратное напряжение 700 В;

• встроенные защита от перегрева и ограничитель выходного тока;

• малоинерционная цепь обратной связи, благодаря чему снижаются пульсации выходного напряжения.

Вдобавок ко всему вышеперечисленному в микросхемах семейства TinySwitch II:

• в схему питания микросхемы добавлен защитный стабилитрон, благодаря чему она стала более надежной.

Типовая схема включения микросхем всех семейств показана на рис. 1.29.

На рис. 1.30 представлена схема включения TNY254 в качестве преобразователя напряжения от телефонной линии, которую можно использовать и при решении других задач радиолюбителя.

Рис. 1.29. Типовая схема включения микросхем всех рассмотренных семейств

Особенности включения микросхем семейства TinySwitch

Схемы бестрансформаторного сетевого питания микроконтроллеров

Бестрансформаторные источники питания проще в изготовлении и дешевле, чем трансформаторные, однако они представляют определённую опасность для жизни человека при налаживании, ремонте и в эксплуатации. Неосторожное прикосновение одновременно ктоковедущей части и к заземлённой поверхности может окончиться весьма плачевно.

Схемы без гальванической развязки применяют в тех конструкциях, где не требуется постоянное присутствие человека или обеспечена надёжная изоляция от поражения током. Стоит отметить, что использовать такие источники питания целесообразно только при небольших токах нагрузки, так как в противном случае размеры и стоимость нужных компонентов растут очень быстро.

Различают следующие разновидности бестрансформаторных блоков питания:

с балластным резистором во входной цепи;
с балластным конденсатором во входной цепи;
с импульсным неизолированным AC/DC-преобразователем.

Балластными резисторами и конденсаторами гасится излишек сетевого напряжения. Соответственно резисторы должны быть рассчитаны на большую мощность рассеяния, а конденсаторы должны быть плёночными, например, К73-17, желательно с рабочим напряжением не менее 630 В. Запас нужен, потому что допустимое переменное напряжение КАС на частоте 50 Гц у данного класса конденсаторов значительно меньше допустимого постоянного напряжения KDC (Табл. 6.2).

Схемы балластного типа «не любят» частых включений/выключений, поскольку в начальный момент времени возникают всплески напряжения. Если имеется возможность, то лучше вообще обойтись без сетевого тумблера, что значительно продлит ресурс работы устройства. Оптимальная сфера применения балластных схем — маломощные приборы с круглосуточным режимом функционирования.

Импульсные сетевые бестрансформаторные преобразователи напряжения носят название AC/DC («переменное» АС в «постоянное» DC). Они обеспечивают высокий КПД и малые габариты, но генерируют импульсные помехи достаточно высокой частоты и амплитуды. Кроме того, микросхемы, применяемые в этих преобразователях, к числу дешёвых и широкораспространённых не относятся.

На Рис. 6.3, а. м показаны схемы бестрансформаторного питания с балластными резисторами и конденсаторами, а на Рис. 6.4, а. г — с микросхемами импульсных AC/DC-преобразователей.

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (начало):

а) диоды VD1. VD4 должны выдерживать обратное напряжение не менее 400 В. Резисторы Rl, R2 являются балластными для стабилитрона VD5. Сопротивление резистора R3 выбирается так, чтобы выходное напряжение не превышало +5.25 В при любом токе нагрузки. ФНЧ на элементах C1, R3, С2 сглаживает сетевые пульсации удвоенной частоты 100 Гц;

б) аналогично Рис. 6.3, а, но параллельные балластные резисторы заменяются последовательно включёнными резисторами RL..R3, RС-фильтр заменяется LC-фильтром LI, C1, а также добавляется предохранитель FUI. Максимально допустимый ток через дроссель LI должен быть с запасом больше, чем ток нагрузки;

в) полная классическая схема источника питания с балластным конденсатором C1. Резистор R1 ограничивает начальный ток заряда конденсатора С2 и является обязательным в подобных схемах. Резистор R2 быстро разряжает конденсатор C1 после отключения вилки от сети 220 В. Сборка диодов VD1 выпрямляет напряжение и может быть заменена двумя диодами типа 1 N4004. 1 N4007. Конденсатор С2 сглаживает сетевые пульсации, а конденсатор СЗ устраняет ВЧ-помехи. Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона VD2 и тока нагрузки;

г) питание от трёхфазной сети через балластные резисторы RL..R3. Стабилитрон VD4 нужен, чтобы микросхема DA1 не вышла из строя от высокого входного напряжения при обрыве нагрузки в цепи +5 В или при резком снижении тока потребления;

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (продолжение):

д) стабилитроны VD3, VD4 имеют повышенную мощность рассеяния 1. 3 Вт и выполняют предварительное ограничение напряжения. Стабилизатор на микросхеме DA I обеспечивает выходное напряжение;

е) двухполупериодный выпрямитель с диодным мостом VD1 и светодиодной индикацией наличия питания. Резистор R3 определяет ток в нагрузке, а также яркость свечения индикатора HLI. Выходное напряжение зависит от параметров стабилитрона VD2 и тока нагрузки;

ж) двухполярный источник питания. Для полной симметрии схемы желательно обеспечить одинаковые токовые нагрузки по цепям +5 и -5 В;

з) разделение выходного напряжения на две отдельные ветви для исключения взаимных помех, например, для питания МК и для управление тиристором. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение на уровне +5.6 В. Диоды VD2, VD3 снижают его до +4.8. +5 В в каждом канале;

Рис. 6.3. Схемы бестрансформаторного питания с балластными элементами (окончание):

и) получение двух напряжений от одного источника питания. Суммарный ток нагрузки состоит из суммы токов в каналах +9. +12 В и +5 В. При значительных колебаниях тока нагрузки следует выбрать стабилитрон VD3 с повышенной мощностью рассеяния 1. 3 Вт;

к) стабилитроны VDI, VD2 одновременно служат стабилизаторами и выпрямителями. Стабилитроны следует выбирать мощные, с запасом по току;

л) вместо одного применяются два балластных конденсатора C1, С2, которые могут быть рассчитаны на меньшее допустимое напряжение;

м) в закрытом состоянии тиристора VS1 ток на бестрансформаторный стабилизатор напряжения (C1. CJ, RL..R3, VDI, VD2) проходит через нагрузку RH. Ввиду низкого значения тока, нагрузка не работает в полную мощность, например, лампа не светится, вентилятор не крутится и т.д. После включения тиристора VSI, в нагрузку RH подаётся полная мощность, а напряжение на выходе стабилизатора снижается с +5 до +2.7 В. Чтобы МК нормально функционировал, он должен быть широкодиапазонным по питанию и иметь возможность организации рестарта.

Рис. 6.4. Схемы сетевых бестрансформаторных блоков питаь с AC/DC-преобразователями:

а) типовая схема включения импульсного AC/DC-преобразователя напряжения на микросхеме DA1 фирмы ROHM;

б) типовая схема включения импульсного AC/DC-преобразователя напряжения на микросхеме DA1 фирмы Power Integrations. Дроссели LI, L2снижают уровень пульсаций;

в) формирователь двух популярных у радиолюбителей напряжений питания +5 и +3.3 В. Микросхема DA1 — это импульсный АC1DC-преобразователь напряжения фирмы Supertex;

т) DAI — это импульсный АC1DC-преобразователь напряжения фирмы Supertex. Общий ток нагрузки по выходам +18 и +5 В не должен превышать 40 мА.

Блок питания без трансформатора

Для питания от сети 220 вольт устройств небольшой мощности можно применять малогабаритные блоки питания без использования трансформаторов. Это позволяет удешевить конструкцию и значительно снизить её массу и габариты.

Как известно, конденсатор в цепи переменного тока обладает сопротивлением, которое зависит от частоты и называется реактивным. Используя это свойство, можно гасить переменное напряжение сети, причём мощность на конденсаторе при этом не выделяется и он не будет нагреваться как, например, резистор.

Ёмкость гасящего конденсатора (в микрофарадах) можно рассчитать по формуле:

где I — потребляемый ток нагрузки в амперах, U — напряжение сети в вольтах.

Если напряжения питания нагрузки невелико (до 20 вольт), можно воспользоваться упрощённой формулой:

С = 3200 I / Uc

Но следует иметь ввиду, что применять гасящий конденсатор в цепи выпрямителя можно только в том случае, если он собран по мостовой схеме (двухполупериодной) , так как через конденсатор должен проходить именно переменный ток. Конденсаторы можно использовать бумажные (типа МБМ, МБТ, МБГТ) или современные плёночные (например К76-3) на напряжение в 2-3 раза больше питающего напряжения (напряжения сети).

В качестве примера приводится схема бестрансформаторного блока питания 5 вольт/100 мА:

Семейство микросхем TOPSwitch-GX. Состав, особенности, корпуса, схемы включения, применение

К микросхемам ШИМ-контроллеров фирмы Power Integrations Inc. для импульсных источников (блоков) питания мы обращались неоднократно. Была публикация и по микросхемам семейства TOPSwitch-GX [1], но т.к. эти микросхемы находят все большее распространение в отечественных разработках, то мы решили представить на суд читателя еще одну статью на эту тему.

TOPSwitch-GX — это наиболее функционально развитое семейство микросхем фирмы Power Integrations для применения в импульсных источниках питания различного назначения мощностью до 290 Вт. Микросхемы семейства TOPSwitch-GX получены как результат модернизации микросхем ранее разработанных семейств TOPSwitch, TOPSwitch-ll и TOPSwitch-FX. Они имеют повышенную мощность, улучшенные характеристики и защиту. Семейство состоит из девяти микросхем: ТОР242. ТОР250. Поскольку эти микросхемы изготавливаются в пяти разных корпусах, то всего их входит в семейство TOPSwitch-GX тридцать пять разновидностей. Тип корпуса обозначается буквой (суффиксом) в конце маркировки каждой микросхемы (рис. 2).
К главным особенностям микросхем семейства TOPSwitch-GX можно отнести:

- "мягкий" запуск (soft-start), ограничивающий пиковые значения напряжения и тока при включении, тем самым, защищая детали преобразователя импульсного БП и питающегося от него устройства (нагрузки);

- возможность работы в дежурном режиме (Standby) с малым током потребления;

- защиту от перегрузки, как при увеличении, так и при уменьшении напряжения сети с внешней установкой порогов срабатывания этой защиты;

- температурную защиту с гистерезисом;

- функцию ограничения тока с внешней установкой порога ограничения;

- возможность внешней установки частоты генерации 132 или 66 кГц только для микросхем со входом F);

- возможность дистанционного включения-выключения;

- возможность синхронизации ИБП внешним сигналом;

- очень низкое потребление на холостом ходу и в дежурном (Standby) режиме, что является результатом применения патентованной фирменной технологии EcoSmart;

- периодическое отклонение (jitter — "дрожание") частоты генератора микросхемы, что обеспечивает уменьшение электромагнитных помех (EMI) и упрощает их фильтрацию.

*) В числителе указана номинальная мощность преобразователя импульсного блока питания в закрытом
корпусе без вентиляции, а в знаменателе — максимальная мощность этого преобразователя в безкорпусном варианте при температуре окружающей среды 50°С.

Основные параметры микросхем TOPSwitch-GX приведены в табл. 1.
Микросхемы семейства TOPSwitch-GX содержат выходной ключ на высоковольтном (700 В) МДП-транзисторе и схему управления, в состав которой входят следующие основные узлы:

генератор, вырабатывающий тактовые и управляющие импульсы на частотах 66 или 132 кГц;

узел источника питания 5,8 В;

схемы внутренней логики и ШИМ;

схему ограничения тока;

схему защиты от перегрузки, как при увеличении, так и при уменьшении напряжения сети.

Рисунок 1. Функциональная схема микросхем TOP242P(G). TOP246P(G)

Рассмотрим микросхемы ТОР242Р. ТОР246Р, которые изготавливаются в корпусах DIP-8B и TOP242G. TOP246G, которые изготавливаются в корпусах SMD-8B. Функциональная схема этих микросхем показана на рис. 1. Указанные микросхемы имеют четыре активных вывода: D (DRAIN), S (SOURCE), С (CONTROL) и М (MULTI-FUNCTION).
Расположение выводов микросхем ТОР242. ТОР246 с суффиксами Р и G показано на рис. 2а.

Рисунок 2. Расположение выводов микросхем семейства TOPSwitch-GX:
а) в корпусах DIP-8B и SMD-8B;
б) в корпусе ТО-220-7С;
в) в корпусах ТО-263-7С и ТО-262-7С

Микросхемы ТОР242. ТОР250 изготавливаются также в корпусах ТО-220-7С (в конце названия микросхемы стоит суффикс Y, рис. 26), ТО-263-7С (суффикс R, рис 2в) и ТО-262-7С (суффикс F, рис. 2в). Они имеют 6 активных выводов. Это известные нам D (DRAIN), S (SOURCE), С (CONTROL), а также выводы L (LINE-SENSE), X (EXTERNAL CURRENT LIMIT) и F (FREQUENCY).
Вместо вывода М в этих микросхемах могут использоваться выводы L и X. Назначение выводов микросхем семейства TOPSwitch-GX в разных корпусах сведено в табл. 2.

Наименование вывода Назначение вывода Выводы
для
корпусов
DIP-8B и
SMD-8B*

Выводы
для
корпусов
ТО-220-7С,
ТО-263-7С и
ТО-262-7С**

Если выводы F, X и L подсоединить на корпус, то микросхема семейства TOPSwitch-GX будет работать в трех-выводном режиме, как микросхема более ранних серий. Правда, при этом сохраняется режим "мягкого возбуждения".
Опыт работы с микросхемами TOPSwitch-GX говорит об их высочайшей надежности. Они почти не греются, а вывести их из строя можно, разве что, принудительно замкнув один из выводов С, L или М на вывод стока высоковольтного выходного полевого транзистора D. Кстати, для того, чтобы это происходило как можно реже, в микросхемах отсутствует ближайший к стоку (D) вывод (рис. 2). Это увеличивает свободное пространство вокруг высоковольтного вывода (D) и уменьшает вероятность разряда ("прострела") между выводами микросхемы.
На микросхемах могут быть собраны как импульсные источники питания, рассчитанные только на сеть переменного тока 230 или 115 В, так и универсальные (Universal Input), которые работоспособны при напряжении в диапазоне от 85 до 265 В.

Рисунок 3. Принципиальная схема зарядного устройства для кислотных аккумуляторов на микросхеме
ТОР244Р (нажмите для увеличения и открытия в новом окне)

Рассмотрим в качестве примера принципиальную схему зарядного устройства для свинцовых кислотных аккумуляторов аварийного освещения на микросхеме ТОР244Р (Design Idea DI-12). Устройство работает от сети переменного тока напряжением 85. 265 В и выдает внагрузку мощность 16 Вт. Выходное выпрямленное напряжение — 13,55 В. КПД — 75%. Это устройство стабилизирует напряжение, ограничивая ток заряда аккумулятора (порог 1,2 А), и обеспечивает защиту от перегрузки при уменьшении или увеличении напряжения сети, а также обеспечивает температурную компенсацию выходного напряжения. Схема зарядного устройства изображена на рис. 3. На его входе установлены предохранитель F1, сетевой фильтр помехозащиты L1, С6 и диодный мост. Конденсатор С1 — это конденсатор сглаживающего фильтра сетевого выпрямителя. U1 — микросхема ТОР244Р. U2 — оптопара (оптрон) РС817А, обеспечивающая гальваническую развязку в цепи управляющей обратной связи. Импульсный диод D1 и встречно-последовательно включенный с ним супрессор VR1 ограничивают размах импульсов ЭДС в первичной обмотке импульсного трансформатора, защищая от перегрузок выходной МДП-транзистор микросхемы. R13 — задает пределы срабатывания защиты по напряжению. С4, R10, С5 — фильтр напряжения управления. D2 — диод вторичного импульсного выпрямителя. С2, L2, СЗ — сглаживающий фильтр вторичного импульсного выпрямителя. Оптопарой, а значит, и микросхемой U1 управляют два устройства. Во-первых, это каскад стабилизации (регулируемый стабилитрон) U3 TL431, а во-вторых, — каскад ограничения тока на транзисторе Ql 2N4401. Режим U3, а следовательно, и выходное напряжение схемы задаются делителем на резисторах R7, R8, R9 и терморезисторе RT1 (Philips 2322-640-54472). Именно терморезистор RT1 обеспечивает температурную компенсацию выходного напряжения устройства. Зависимость напряжения на одной из заряжаемых ячеек аккумулятора от температуры показана на рис. 4.

Рисунок 4. Зависимость напряжения на заряжаемой ячейке аккумулятора от температуры

Рисунок 5. Выходная вольт-амперная характеристика устройства
(зависимость выходного напряжения от тока]

Для прекращения зарядки и обеспечения обслуживания (проверки) аккумулятора используется режим "Монитор", который включается подачей напряжения +5 В на вход MON. Это напряжение через ограничивающий резистор R12 открывает транзистор Q2 2N4401, что приводит к отпиранию U3 TL431 и, в конечном итоге, к уменьшению выходного напряжения устройства приблизительно до 8 В. Резистор R6 задает коэффициент усиления цепи управления стабилизацией выходного напряжения.

Ток заряда аккумулятора (выходной ток устройства) протекает через резистор R3, который используется как датчик тока. Когда ток заряда аккумулятора менее 1,2 А, падение напряжения, создаваемое этим током на R3, менее 0,6 В. Транзистор Q1 заперт. Когда ток заряда будет близок к пороговому значению, напряжение на R3 станет больше 0,6 В и транзистор Q1 откроется током базы через ограничивающий резистор R4. Это приведет к тому, что ток через излучающий диод оптопары увеличится, транзистор оптопары откроется сильнее, напряжение на входе С микросхемы U1 увеличится, что приведет в итоге к уменьшению напряжения на выходе вторичного выпрямителя (на катоде диода D2) (рис. 5), о следовательно, и к ограничению выходного тока устройства. Поро-срабатывания схемы ограничения тока заряда аккумулятора можно изменять величиной сопротивления резистора R3, которое рассчитывается по формуле: R3 = 0,6/I_LIMIT, где I_LIMIT - пороговое значение тока заряда.

Конструкция обмоток:
Первичная (выводы 2-1)

В устройстве можно использовать импульсный трансформатор, конструктивные особенности и параметры которого представлены в табл. 3. Обмотки в катушке этого трансформатора укладываются виток к витку одна над другой в последовательности: первичная обмотка, обмотка смещения, вторичная обмотка. Между обмотками прокладывается один, и если позволяет размер окна сердечника, несколько слоев изоляции.
В таблицу 4 сведены основные параметры этого проекта (DI-12).

СИЛОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА автор И. Безвеохний

Подробную информацию о семействе микросхем TOPSwitch-GX и их применении можно найти на сайте фирмы Power Integrations [2]. Собственно ТО (Data Sheet) в виде файла в формате PDF (top242-top250.pdf) можно скачать у нас по ссылке.

Так же у нас можно скачать разработанные фирмой PI проекты, которые названы Design Idea (Идея проекта).

Аналоги для top232g

Пожалуйста, перед заменой элемента на аналогичный, ознакомьтесь с его даташитом. Мы не несём ответственности за выход вашего устройства из строя по вине неправильного аналога.

Результаты поиска аналогов для top232g

Производитель Произв.

Тип аналога

Возможный аналог

Типы аналогов

Тип аналога

Аналогичные радиодетали отечественного и зарубежного производителей.

Отечественный и зарубежный аналоги

Совпадение выводов и корпуса, электрических и функциональных характеристик. Замена производится без внесения изменений в существующую электрическую схему.

Полный аналог

Выводы на корпусе совпадают, но в электрической схеме компонентов есть некоторые различия, например разная функциональность.

Ближайший аналог

Элементы входят в одну функциональную группу, например усилители, со схожими характеристиками. Замена возможна с изменением схемы печатной платы.

Функциональный аналог

Данная информация представлена в ознакомительных целях. Перед заменой обязательно прочитайте документацию на эти компоненты.

Возможный аналог

Разное

Чтобы защитить стержень от обгорания, его нужно обмазать тонким слоем смеси силикатного клея и сухой минеральной краски (окись железа, цинка и магния).

Интересно

Если на шприц отсоса припоя надеть отрезок силиконовой трубки.
То работать шприц станет лучше,некоторое количество припоя просто останутся в трубке,откуда и удалить их проще,так что при взводе шприца меньше сыпятся на плату остатки припоя из шприца.

Импульсный БП на серии TOP switch

Второе - 233 вдвое мощнее 223. Аналогом 223 в FX скорее является TOP232.

ДОБАВЛЕНО 06/05/2009 0:40 AM

Фанат форума Фанат форума

ЗЫ: Неохота качать и ставить прогу. А что, там не только TOP22x нету, но и TOP23x - раз решил за TOP24x взяться? И второе - частота генерации там устанавливается дискретно (133/66 кГц), или любая? В смысле - можно ли задать 100 кГц? Если да - задай , выбери любой близкий по мощности TOP или TinySwitch - лишь бы прога не ревела раньше времени, что "не в режиме", и транс можешь рассчитать без проблем.

ДОБАВЛЕНО 07/05/2009 0:34 AM

1.40wt-TOP224-TOP225 и ETD29.
2.Индуктивность первичной обмотки L: ETD29-1mH,
L=1мГ=1000мкГ=1000000нГ
3.Задаем AL=2200нг по даташиту на ETD29.
4.Считаем число витков первичной обмотки по формуле:
Квадрат числа витков N2 = L : AL =1000000:2200=454, отсюда N=21 витков.

КОМБИНИРОВАННЫЕ МИКРОСХЕМЫ (ШИМ + КЛЮЧ - SMPS)

Значительно упростить процесс разработки и изготовления ИИП стало возможным благодаря появлению нового поколения ИМС, совмещающих в одном корпусе ШИМ, цепи управления и защиты, высоковольтный полевой транзистор. Такая комбинация устройств предельно сокращает количество компонентов схемы (простейший обратноходовый ИИП содержит 15 - 20 элементов), на 50% снижает габариты и массу устройства. При этом ИИП обладает высокой степенью защиты от перегрева и перегрузки, обладает хорошей электромагнитной совместимостью с другими устройствами. Стоимость комбинированных микросхем сопоставима со стоимостью мощных полевых транзисторов, применяемых в настоящее время в качестве выходных в ИИП. Если учесть экономию за счёт меньшего числа внешних компонентов, меньшего числа операций по сборке и наладке таких источников питания, то выгоды в промышленном производстве по сравнению с линейными источниками питания, ИИП на дискретных элементах и ШИМ, описанных ранее, становятся очевидными. Кроме невысокой стоимости ИИП на комбинированных микросхемах изготовители гарантируют конечному пользователю экономию за счёт меньшего потребления энергии самим устройством. В настоящее время на отечественном рынке представлены комбинированные микросхемы для ИИП производства Power Integrations (семейства TOPSwitch и последующих) и производства STMicroelectronics (семейства VIPer). Данные для выбора типа микросхемы в зависимости от требуемой мощности приведены в таблице.
Принципы работы ШИМ комбинированных микросхем не отличаются от применяемых в ИМС, описанных ранее, они содержат те же основные узлы. Принципиальное отличие заключается в исполнении на одном кристалле и оформлении в одном корпусе (имеющем для разных типов микросхем от 3 до 8 выводов) всех цепей ИИП, кроме входных выпрямителей/фильтров, импульсного трансформатора, вторичных цепей, цепей обратной связи, конденсатора вывода управления. Для того, чтобы была возможность полностью оценить простоту реализации ИИП на комбинированных микросхемах, на рисунке приведена типовая схема включения ИМС семейства TOPSwitch, которое является одним из первых в этом классе. Типовые схемы других семейств выполнены примерно также, с тем же количеством элементов, но с большим числом функций.

Типовая схема ИИП для работы от сети переменного тока на ИМС семейства TOPSwitch:

Основные параметры комбинированных ИМС для импульсных источников питания:

1) В качестве нижнего предела указано напряжение стока, при котором гарантируется работа ИМС с указанными параметрами. Возможна работа при более низких напряжениях, но с отклонением параметров от нормы. В качестве верхнего предела указано напряжение пробоя исток-сток выходного транзистора.
2) Для всех микросхем (кроме семейства VIPer) указан рабочий диапазон температур -40:+150°С, однако в таблице в качестве верхней границы приведена температура срабатывания термозащиты.
3) У ИМС данных типов при отключении нагрузки уменьшается рабочий цикл (за счет пропуска рабочих периодов), а у некоторых - и рабочая частота. В результате в этих условиях рабочий цикл снижается практически до 0.

Коротко о некоторых функциях комбинированных микросхем. Все описываемые микросхемы имеют встроенные цепи авторестарта (защищают ИИП и нагрузку в случае аварии - КЗ нагрузки, обрыв петли ОС), ограничения тока стока (защита выходного транзистора), цепи запуска при подаче напряжения питания (снижается количество внешних компонентов), термозащиты. У микросхем семейств TOPSwitch и TOPSwitchII термозащита выполнена с внутренней защёлкой (после перегрева необходим перезапуск устройства), у остальных - с гистерезисом температуры срабатывания (после остывания происходит автоматический перезапуск). Все ИМС имеют возможность внешней блокировки работы выходного каскада. Наличие таких цепей значительно снижает вероятность выхода из строя ИИП на комбинированных микросхемах.
Для ИИП на основе ИМС семейств TOPSwitch и TOPSwitchII в некоторых условиях может потребоваться подключение искусственной нагрузки. Для остальных микросхем за счет усовершенствованных схемных решений это не требуется - рабочий цикл на холостом ходу снижается практически до 0.
Частотная модуляция рабочей частоты преобразователя снижает уровень побочных излучений на 5:10 дБ, что улучшает электромагнитную совместимость устройств. Возможность внешней синхронизации предусматривает синхронизацию от внешнего источника с частотой ниже, чем частота внутреннего генератора ИМС.
Наличие режима ДУ делает простой реализацию ИИП с микроконтроллерным управлением.

Читайте также: