Компактный модуль управления ключами ИИП на SG3525

Очень важным при разработке импульсных источников питания я считаю вопрос управления ключами. Радиолюбители, к сожалению, обычно стремятся к упрощению схем, иногда игнорируя вопросы надежности работы. Отсюда же любовь к ИИП на самоосцилирующих драйверах типа IR2153: меньше деталей — легче собрать.
Камрады, пора прекращать эту пагубную практику. Предлагаю результат моих трудов — универсальный компактный модуль на специализированном чипе SG3525.

↑ Схема и принцип работы

Принципиальная схема модуля изображена на рисунке:

В основе модуля управления — микросхема SG3525, отличающаяся надежностью и стабильностью работы, не капризная к умеренным помехам, обладающая встроенным софт-стартом и изученная всесторонне. Именно она является ядром модуля, формирует сигналы управления ключами при подаче на модуль сигнала запуска, обеспечивает отключение управления ключами при наличии сигналов об отключении (как внешнего так и внутримодульного), выдает опорное напряжение для изменения коэффициента заполнения.

На модуль может поступать напряжение с трансформатора тока, установленного в цепи основного трансформатора ИИП, для контроля протекающего через него тока, позволяя предотвращать ситуации, когда трансформатор входит в насыщение или останавливая перегрузку по току. Модуль выпрямляет ток, преобразует в напряжение при помощи шунта и далее интегрирует полученное напряжение. Результат интегрирования поступает через подстроечный резистор на компаратор LM397, который сравнивает его с опорным напряжением.

Если напряжение на входе компаратора оказывается выше опорного, то компаратор запускает таймер LM555D, который зажигает красный светодиод и на время отключает генерацию сигналов управления SG3525, отключая, таким образом нагрузку. Подстроечным резистором можно в небольших пределах управлять напряжением на входе компаратора, подстраивая, таким образом, момент срабатывания защиты. Через некоторое время таймер сбрасывается в изначальное состояние и генерация сигналов управления ключами возобновляется. Если перегрузка по току не устранена, то все повторяется.

Таким образом, в случае наличия перегрузки по току обеспечивается гораздо более щадящий режим работы ключей, чем в случае банального ограничения тока на нагрузке, с помощью уменьшения скважности управляющих сигналов. Дело в том, что в моменты отключения управляющих сигналов ключи закрываются, и кристаллы ключей остывают, в отличие от простого ограничения по току, когда ключи могут работать исключительно на сопротивление переходов и первичной обмотки трансформатора, что наоборот, увеличивает нагрев, который может привести к тепловому пробою.

↑ Конструкция, детали, печатная плата

Модуль выполнен на двухстороннем печатной плате, имеет компактные размеры 30×39 мм, что даже при вертикальном монтаже позволяет использовать его для "1U"-устройств. Снизу платы установлены штыревые контакты, позволяющие удобно впаивать модуль вертикально в основную плату ИИП.

SMD детали располагаются только с одной стороны:


С обратной стороны только подстроечный резистор для настройки порога срабатывания токовой защиты:


Все резисторы, светодиод и постоянные конденсаторы типоразмера 0805, диоды — SOT23-3, стабилитрон — SOD80C (допускается установка стабилитрона в корпусе SOD-123), танталовые конденсаторы SMC_A и SMC_D. Допускается как индивидуальная пайка паяльником, так и оплавлением в печи.

Собранный из исправных деталей модуль не нуждается в дополнительной настройке и начинает работать сразу при замыкании контакта «START» на землю.

Сигнал управления ключами от микросхемы до штыревых контактов передается по дифференциальной паре с выровненной длиной дорожек, при проектировании основной платы рекомендуется поступать аналогично.

Модуль может напрямую подключается к драйверам ключей. К трансформатору управления затворами (ТГР, GDT и пр. обозначения) рекомендуется подключать модуль используя ультрабыстрые диоды или диоды Шоттки для защиты микросхемы от перенапряжения ЭДС самоиндукции трансформатора:


Контакт «-I» предназначен для аналогового или релейного («традиционного») регулирования скважностью управляющего ключами сигнала. Аналоговое регулирование обеспечивается смещением напряжения на контакте «-I». Изначально на нем 2.55 в — половина напряжения, подаваемого на контакт «VREF» (5.1 в). Если изменить напряжение в сторону увеличения, то скважность будет уменьшаться, и наоборот, при изменении напряжения на контакте в сторону уменьшения, то скважность будет увеличиваться. Таким образом, модуль отлично подключается к модулям аналоговой гальванической изоляции систем обратной связи.

Классическое релейное регулирование обеспечивается транзисторной оптопарой, транзисторная часть которой подключается к модулю, а светодиодная — к схеме со стабилитроном, постоянным или управляемым:


Работает это следующим образом: на управляющий электрод программируемого стабилитрона подается напряжение с выхода ИИП через делитель. Когда напряжение на выходе возрастает на столько, что на выходе делителя напряжение достигает порога, стабилитрон открывается, загорается светодиод оптопары и контакт «-I» через транзистор оптопары подтягивается к напряжению «VREF». Напряжение на контакте «-I» возрастает и скважность уменьшается.

Напряжение на выходе, при этом, уменьшается, как и напряжение на делителе, вследствие чего стабилитрон закрывается, светодиод оптопары гасится, транзистор оптопары закрывается, напряжение на контакте «-I» уменьшается и скважность увеличивается. Все повторяется по кругу.

Для успокоения обратной связи, которая может начать колебания из-за задержки между изменением напряжения на выходе и реакции микросхемы ШИМ, переходящие в осцилляцию обратной связи, в модуле установлены компоненты компенсации.

Для отключения генерации сигналов управления ключами, например, в случае аварии, используется контакт «SHUTDOWN» модуля. Для отключения его необходимо подтянуть к напряжению питания через резистор 470 Ом — 1 кОм. Отключение сигнала управления ключами будет незамедлительное.

↑ Самостоятельная сборка

В оригинальном виде сборка предполагается на платах заводского изготовления, ввиду достаточно высокой сложности.
Хотя, если есть навыки хардкорщика-платомейкера, то можно сделать плату ЛУТом или фоторезистом, делая переходы со стороны на сторону тонкими проводками.

Для сборки желательно обладать подходящим набором инструментов, как тонкий пинцет и паяльник с тонким жалом или станция. Шаг выводов достаточно малый, а плотность монтажа может оказаться высокой для начинающих радиолюбителей.

Не стоит забывать, что микросхемы чувствительны к статическому электричеству, потому следует соблюдать осторожность. Монтаж осуществляется последовательно от самых низких к самым высоким компонентам. При монтаже паяльником следует использовать больше флюса- это позволит избежать смачивание припоем поверхности платы и исключить «сопли» из припоя.

↑ Файлы

🎁Схема и плата в САПР EAGLE  104.53 Kb ⇣ 48
🎁Список деталей в формате Microsoft Excel 2003  2.48 Kb ⇣ 28
Хочу заметить, что плата на фотографиях немного расходится с платой в проекте. Дело в том, что я не рассчитал длину подстроечного резистора и, соответственно, не туда воткнул его. Многооборотник торчал за пределы ПП и, чтобы спустить его пониже, необходимо было переместить ряд деталей.

↑ Быстрый заказ заводских печатных плат проекта

Пройдите по ссылке ниже. Добавьте платы в корзину, одну или сразу несколько (так дешевле доставка). Все настройки уже сделаны. Вы можете поменять количество плат, цвет маски и т.п., но будьте осторожны, делайте с умом.
Ждите одобрения инженерами, оплачивайте онлайн, выбирайте самую дешёвую доставку из предложенных и ждите бандерольку с трекингом.
🎁Заказать плату модуля управления ИИП на SG3525

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации