Æóðíàë ðàçðàáîò÷èêîâ ýëåêòðîíèêè
WWW.RLOCMAN.RU
ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Ìàé-Èþíü 2020 (108)
Êàê ðàáîòàþò èìïóëüñíûå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ
ãèñòåðåçèñíûì óïðàâëåíèåì
Óâàæàåìûå ÷èòàòåëè æóðíàëà «ÐàäèîËîöìàí»! 9 ëåò ïðîëåòåëî ñ ìîìåíòà âûõîäà ïåðâîãî íîìåðà íàøåãî æóðíàëà «ÐàäèîËîöìàí» (èþíü, 2011), è âîò óæå ïåðåä âàìè î÷åðåäíîé 108 íîìåð. Íà íåì ìû çàâåðøèëè íà÷àòûå â íà÷àëå 2020 ãîäà èçìåíåíèÿ, çàòðîíóâøèå âíåøíèé âèä èçäàíèÿ. ×òî êàñàåòñÿ îðãàíèçàöèîííûõ èçìåíåíèé, òî, íà÷èíàÿ ñ ýòîãî âûïóñêà, îíè ñâåäóòñÿ ê ñëåäóþùåìó: 1. Ïåðèîäè÷íîñòü âûõîäà æóðíàëà ìåíÿåòñÿ ñ îäíîãî ìåñÿöà íà äâà. 2.  íîâîì ôîðìàòå æóðíàëà ñóùåñòâåííî ñîêðàòèòñÿ êîëè÷åñòâî ìàòåðèàëîâ â ðàçäåëå «Íîâîñòè». Êîëè÷åñòâî ñòàòåé â ðàçäåëàõ «Ñòàòüè» è «Ñõåìû» óâåëè÷èòñÿ. 3. Ìåíÿåòñÿ î÷åðåäíîñòü ïóáëèêàöèè ìàòåðèàëîâ; òåïåðü âñå ñòàòüè æóðíàëà ïåðâîíà÷àëüíî áóäóò ïóáëèêîâàòüñÿ íà ñàéòå https://www.rlocman.ru. Ñõåìû è äèàãðàììû ê ýòèì ñòàòüÿì â ôîðìàòå PDF áóäóò äîñòóïíû óæå íà ñàéòå. Åñëè âû åùå íå ïîäïèñàíû íà ïî÷òîâóþ ðàññûëêó (äâàæäû â íåäåëþ) îáíîâëåíèé ñàéòà https://www.rlocman.ru, ðåêîìåíäóåì ñäåëàòü ýòî. Ïîäïèñàòüñÿ ìîæíî çäåñü https://www.rlocman.ru/newsletter/. Îòíîøåíèÿ ðåäàêöèè ñ àâòîðàìè îñòàþòñÿ íåèçìåííûìè. Áîëåå òîãî, ìû ïðèçûâàåì ê ñîòðóäíè÷åñòâó íîñèòåëåé ïåðåäîâûõ çíàíèé â îáëàñòè ðàçðàáîòêè ýëåêòðîíèêè äëÿ èõ ïîïóëÿðèçàöèè.
ÐàäèîËîöìàí.Æóðíàë www.rlocman.ru/magazine Îôèöèàëüíûå âåðñèè òîëüêî çäåñü: áåç ðåãèñòðàöèè è íàçîéëèâîé ðåêëàìû, ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ ñêà÷èâàíèÿ.
ÐàäèîËîöìàí.Ôîðóì
www.rlocman.ru/forum
Îáñóæäàéòå ñòàòüè è íîâîñòè, îáùàéòåñü! Ïðèãëàøàåì ïðîôåññèîíàëîâ.
ÐàäèîËîöìàí.Öåíû www.rlocman.ru/price Ïîäáåðèòå îïòèìàëüíîãî ïîñòàâùèêà ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ, èçìåðèòåëüíîé è ýëåêòðîííîé òåõíèêè. Öåíû, óñëîâèÿ ïîñòàâêè è äîñòàâêè.
Íîâîñòè
ÐÀÄÈÎËÎÖÌÀÍ Ìàé-Èþíü 2020 (108) Ãëàâíûé ðåäàêòîð: À. Íèêîëàåâ
Äèðåêòîð: Ñ. Ìóðàò÷àåâ
Íàä íîìåðîì ðàáîòàëè: Ì. Áàñêîâ Ä. Çàõàðîâ Î. Ëåâàøîâ Ä. Ëåêàíîâ Ñ. Ìóðàò÷àåâ À. Íèêîëàåâ À. Ðóñó
Ïî âîïðîñàì ðàçìåùåíèÿ ðåêëàìû, ïóáëèêàöèè àâòîðñêèõ ìàòåðèàëîâ, ñ çàìå÷àíèÿìè è ïîæåëàíèÿìè îáðàùàòüñÿ:
4 Ãèäðîãåëü îõëàæäàåò ýëåêòðîííûå óñòðîéñòâà è ðåêóïåðèðóåò îòðàáîòàííîå òåïëî 5 Íîâûå èíòåãðàëüíûå ñèëîâûå ìîäóëè êîìïàíèè EPC èçìåíÿò ïîäõîä ê ïðîåêòèðîâàíèþ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýíåðãèè 6 Infineon ðàçðàáîòàëà ïåðâûé â ìèðå àâòîíîìíûé àóäèîóñèëèòåëü êëàññà D ñ òåõíîëîãèåé MERUS â ôîðì-ôàêòîðå HAT äëÿ Raspberry Pi 7 Ïîÿâèëñÿ êîìïüþòåð Raspberry Pi Model B ñ îáúåìîì ÎÇÓ 8 Ãáàéò 9 Siemens Gamesa âûïóñêàåò 14-ìåãàâàòòíóþ âåòðÿíóþ òóðáèíó ñ äèàìåòðîì ðîòîðà 222 ìåòðà 10  Ëîñ-Ëóíàñå èñïûòûâàåòñÿ ïðèíöèïèàëüíî íîâàÿ ñèñòåìà ñîëíå÷íîé ãåíåðàöèè 11 Ñâåòîäèîäíûé äðàéâåð óïðàâëÿåò ïîäñâåòêîé ñàëîíà 12 Plessey è Compound Photonics ñîçäàëè ïðîòîòèï ìèêðîñâåòîäèîäíîãî äèñïëåÿ ñ äèàãîíàëüþ 0.26" è ðàçðåøåíèåì Full HD 1080p
Ñòàòüè 14 18 27 30 34 36 40 45
rlocman@rlocman.ru
Å
+7 (903) 721-72-14 www.rlocman.ru
Îôèöèàëüíûå âåðñèè æóðíàëà ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ áåñïëàòíî è áåç ðåãèñòðàöèè òîëüêî íà ñàéòå ÐàäèîËîöìàí Ïðè ëþáîì èñïîëüçîâàíèè ìàòåðèàëîâ, îïóáëèêîâàííûõ â æóðíàëå, ññûëêà íà ÐàäèîËîöìàí îáÿçàòåëüíà. Ïîëíîå èëè ÷àñòè÷íîå âîñïðîèçâåäåíèå èëè òèðàæèðîâàíèå êàêèì áû òî íè áûëî ñïîñîáîì ìàòåðèàëîâ íàñòîÿùåãî èçäàíèÿ äîïóñêàåòñÿ òîëüêî ñ ïèñüìåííîãî ðàçðåøåíèÿ ðåäàêöèè. Ìíåíèÿ àâòîðîâ íå âñåãäà îòðàæàþò òî÷êó çðåíèÿ ðåäàêöèè.
48 55
Êàëèáðîâêà èíôðàêðàñíûõ àíàëîãîâûõ äàëüíîìåðîâ êîìïàíèè Sharp Êàê ðàáîòàþò èìïóëüñíûå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ ãèñòåðåçèñíûì óïðàâëåíèåì Óíèâåðñàëüíûé îïòîýëåêòðîííûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò Ïîíèæàþùèé ðåãóëÿòîð äëÿ ðàáîòû ïðè ëåãêèõ íàãðóçêàõ Âåðõíèå ãðàíèöû êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ Óïðàâëÿåìûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ðàñøèðÿåò äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé óñèëèòåëÿ Åìêîñòíîé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ, îí æå çàðÿäîâûé íàñîñ «Ëèíåéíûé» òåðìîðåçèñòîð ñ ïîëîæèòåëüíûì ÒÊÑ ïðåîäîëåâàåò íåäîñòàòêè NTC òåðìèñòîðîâ ÂÛÑÎÊÎÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÍÀß ÐÎÑÑÈß. Ãðóïïà êîìïàíèé Îñòåê è åå ïàðòíåðû – íà ðóáåæå 2010 ãîäîâ Ýëåêòðîííûå ïðåäîõðàíèòåëè: äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè
Ñõåìû 58 61 64 68 71 76 83 86 90 93
Îôîðìëåíèå áåñïëàòíîé ïîäïèñêè:
96 98 100 102
www.rlocman.ru/magazine
105
Èñïîëüçîâàíèå LDO ðåãóëÿòîðà â êà÷åñòâå ñóïåðâèçîðà ïèòàíèÿ Çàâèñèìî-ïîñëåäîâàòåëüíîå âêëþ÷åíèå íåîãðàíè÷åííîãî ÷èñëà íàãðóçîê ÈÊ-ìàÿê äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ ñ àâòîíîìíûìè ìîáèëüíûìè ðîáîòàìè Îðèãèíàëüíàÿ ñõåìà èçîëÿöèè äàò÷èêà òåìïåðàòóðû îò ìèêðîêîíòðîëëåðà Ñõåìû ðàäèîïðèåìíèêîâ íà îñíîâå àóäèîóñèëèòåëÿ LM386 Ïàññèâíîå è àêòèâíîå îãðàíè÷åíèå òîêà â ñõåìå äíåâíîé ëàìïû ñ ñîëíå÷íûì ïèòàíèåì Àêòèâíûé ìàëîøóìÿùèé àíòèàëàéçèíãîâûé ôèëüòð äëÿ 24-áèòíîãî ÀÖÏ Ñâåðõìàëîøóìÿùèé 48-âîëüòîâûé èñòî÷íèê ôàíòîìíîãî ïèòàíèÿ ìèêðîôîíà Îïòîèçîëÿòîð óïðîùàåò êîíòðîëü ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ Íåòðàäèöèîííàÿ ñõåìà óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëåì ïîñòîÿííîãî òîêà ñ ïîñòîÿííûìè ìàãíèòàìè Ìîùíûé ëèíåéíûé ôîðìèðîâàòåëü ñ îäíèì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ MOSFET â îáåäíåííîì ðåæèìå çàïóñêàåò èìïóëüñíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ Ïðîñòàÿ ñõåìà çàùèòû ñîëåíîèäà îãðàíè÷èâàåò âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ Ëèíåàðèçàöèÿ óïðàâëÿþùåé õàðàêòåðèñòèêè àòòåíþàòîðà ñ ïîìîùüþ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ Èñòî÷íèê òîêà äëÿ âûñîêîâîëüòíîé ñõåìû
Ãèäðîãåëü îõëàæäàåò ýëåêòðîííûå óñòðîéñòâà è ðåêóïåðèðóåò îòðàáîòàííîå òåïëî Rehana Begg Machine Design Íîâàÿ ãèäðîãåëåâàÿ ïëåíêà, ïåðåíîñÿ ýëåêòðîíû ïðè íàãðåâàíèè, âûðàáàòûâàåò ýëåêòðè÷åñêóþ ýíåðãèþ íàïîëíåííîãî âîäîé è èîíàìè, ïðè íàãðåâàíèè âûðàáàòûâàåò ýëåêòðè÷åñòâî. Ïî ñëîâàì èññëåäîâàòåëåé, ýòî ïðîèñõîäèò, êîãäà äâà èîíà – ôåððèöèàíèä è ôåððîöèàíèä – ïåðåíîñÿò ýëåêòðîíû ìåæäó ýëåêòðîäàìè.  òî æå âðåìÿ, êîãäà èñïàðÿåòñÿ íàõîäÿùàÿñÿ âíóòðè ãèäðîãåëÿ âîäà, âîçíèêàåò îõëàæäàþùèé ýôôåêò. Ïîñëå êàæäîãî èñïîëüçîâàíèÿ ãèäðîãåëü ðåãåíåðèðóåòñÿ, ïîñêîëüêó îí ïîãëîùàåò âîäó èç îêðóæàþùåé ñðåäû.
ÑÑåãîäíÿøíåå
ïîêîëåíèå ýëåêòðîíèêè ñâåðõìîùíî – ìû çàïóñêàåì ñâîè ñìàðòôîíû íà äîëãèå ÷àñû, ïåðåëîïà÷èâàÿ òåðàáàéòû äàííûõ, è äàæå èãðàåì â Minecraft íà íàøèõ íîóòáóêàõ. Íî èñïîëüçîâàíèå ýëåêòðîííûõ ãàäæåòîâ â òå÷åíèå ïðîäîëæèòåëüíîãî âðåìåíè ìîæåò ïðèâåñòè ê èõ ïåðåãðåâó, çàìåäëåíèþ èëè äàæå ïîâðåæäåíèþ êîìïîíåíòîâ. Èññëåäîâàòåëè ðàçðàáîòàëè ãèäðîãåëü, êîòîðûé, âîçìîæíî, ïîçâîëèò êàê îõëàæäàòü ýëåêòðîíèêó, òàê è ïðåîáðàçîâûâàòü âûäåëÿþùååñÿ èç íåå òåïëî â ýëåêòðè÷åñòâî.  ñòàòüå, îïóáëèêîâàííîé â æóðíàëå Àìåðèêàíñêîãî õèìè÷åñêîãî îáùåñòâà Nano Letters, èññëåäîâàòåëè çàÿâèëè, ÷òî èõ öåëüþ áûëà ðàçðàáîòêà «óìíîãî òåðìîãàëüâàíè÷åñêîãî ãèäðîãåëÿ, êîòîðûé ìîã áû ïðåîáðàçîâûâàòü âûäåëÿþùååñÿ òåïëî â ýëåêòðè÷åñòâî è îäíîâðåìåííî ïîíèæàòü òåìïåðàòóðó óñòðîéñòâà». Êàê îòìåòèëè àâòîðû ñòàòüè, ñóùåñòâóþùèå äî ñèõ ïîð ñðåäñòâà ïîçâîëÿëè âûïîëíÿòü îäíó èëè äðóãóþ ôóíêöèþ, íî íå îáå îäíîâðåìåííî.
Êàê ýòî ðàáîòàåò Ãèäðîãåëü, èçãîòîâëåííûé íà îñíîâå ïîëèìåðíîãî (ïîëèàêðèëàìèäíîãî) êàðêàñà,
4
Ãèäðîãåëü ìîæåò îõëàæäàòü ýëåêòðîíèêó è âûðàáàòûâàòü ýëåêòðîýíåðãèþ èç åå îòðàáîòàííîãî òåïëà.
Äëÿ äåìîíñòðàöèè ðàáîòû ìàòåðèàëà èññëåäîâàòåëè ïðèêðåïèëè ãèäðîãåëåâóþ ïëåíêó ê àêêóìóëÿòîðó ìîáèëüíîãî òåëåôîíà. Èì óäàëîñü ïîíèçèòü òåìïåðàòóðó áàòàðåè íà 20 °C. Òåðÿåìîå òåïëî ïðåîáðàçîâûâàëîñü â 5 ìêÂò ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè. Èññëåäîâàòåëè óòâåðæäàþò, ÷òî ïîíèæåííàÿ ðàáî÷àÿ òåìïåðàòóðà îáåñïå÷èâàåò áåçîïàñíóþ ðàáîòó áàòàðåè, à ñîáðàííîé ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè äîñòàòî÷íî äëÿ êîíòðîëÿ áàòàðåè èëè óïðàâëåíèÿ ñèñòåìîé îõëàæäåíèÿ.
ÍÎÂÎÑÒÈ
Íîâûå èíòåãðàëüíûå ñèëîâûå ìîäóëè êîìïàíèè EPC èçìåíÿò ïîäõîä ê ïðîåêòèðîâàíèþ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýíåðãèè Efficient Power Conversion (EPC) ïðåäñòàâèëà ïåðâóþ èíòåãðàëüíóþ ñõåìó èç íîâîãî ñåìåéñòâà ïðèáîðîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ áîëåå âûñîêèé óðîâåíü õàðàêòåðèñòèê è ìåíüøèå ðàçìåðû ðåøåíèÿ äëÿ ïðèëîæåíèé ñ âûñîêîé ïëîòíîñòüþ ìîùíîñòè, âêëþ÷àÿ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëè, äðàéâåðû äâèãàòåëåé è àóäèîóñèëèòåëè êëàññà D EPC îáúÿâëÿåò î âûïóñêå èíòåãðàëüíîé ñõåìû 80-âîëüòîâîãî, 12.5-àìïåðíîãî ñèëîâîãî êàñêàäà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ 48âîëüòîâûõ DC/DC ïðåîáðàçîâàòåëåé, èñïîëüçóåìûõ â âû÷èñëèòåëüíûõ ïðèëîæåíèÿõ âûñîêîé ïëîòíîñòè è â äðàéâåðàõ äâèãàòåëåé ýëåêòðîìîáèëåé.
EPC2152 – ýòî îäíîêðèñòàëüíûé GaN ïðèáîð, èçãîòîâëåííûé ñ èñïîëüçîâàíèåì çàïàòåíòîâàííîé EPC GaN òåõíîëîãèè, â êîòîðîì îáúåäèíåíû äðàéâåð è ïîëóìîñò íà îñíîâå eGaN ÌÎÏ-òðàíçèñòîðîâ. Ïîìèìî ìîùíûõ âûõîäíûõ òðàíçèñòîðîâ, êðèñòàëë ìîíîëèòíîé ìèêðîñõåìû ñîäåðæèò âõîäíîé ëîãè÷åñêèé èíòåðôåéñ, ñõåìó ñäâèãà óðîâíåé, öåïü çàðÿäêè áóòñòðåïíîãî êîíäåíñàòîðà è áóôåðíûå ñõåìû äðàéâåðîâ çàòâîðîâ. Ðàçìåðû êîðïóñà ïðèáîðà ñîâïàäàþò ñ ðàçìåðàìè êðèñòàëëà è ñîñòàâëÿþò âñåãî 3.9 ìì × × 2.6 ìì × 0.63 ìì. Ïðè ðàáîòå â ñîñòàâå ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ 48 Â/12  íà ÷àñòîòå ïåðåêëþ÷åíèÿ 1 ÌÃö ñèëîâîé êàñêàä EPC2152 ïîçâîëÿåò äîñòè÷ü ÊÏÄ 96%, çàíèìàÿ íà ïå÷àòíîé ïëàòå íà 33% ìåíüøóþ ïëîùàäü, ÷åì ýêâèâàëåíòíûå ìíîãîêðèñòàëüíûå ðåøåíèÿ íà äèñêðåòíûõ ýëåìåíòàõ.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
EPC2152 – ýòî ïåðâûé ïðèáîð â ïëàíèðóåìîì ê âûïóñêó áîëüøîì ñåìåéñòâå èíòåãðàëüíûõ ñèëîâûõ êàñêàäîâ, êîòîðûå áóäóò ïðåäëàãàòüñÿ êàê â êîðïóñàõ ñ ðàçìåðàìè êðèñòàëëà (CSP), òàê è â ìíîãîêðèñòàëüíûõ âàðèàíòàõ â êîðïóñàõ QFM.  òå÷åíèå ãîäà ñåìåéñòâî ïîïîëíèòñÿ ïðîäóêòàìè, ñïîñîáíûìè ðàáîòàòü íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ äî 3–5 ÌÃö, à òàêæå ïðè áîëüøèõ òîêàõ îò 15 äî 30 À íà êàñêàä. Ýòî ñåìåéñòâî ïðîäóêòîâ óïðîñòèò ðàçðàáîò÷èêàì èñïîëüçîâàíèå ïðåèìóùåñòâ çíà÷èòåëüíîãî óëó÷øåíèÿ õàðàêòåðèñòèê, êîòîðîå ñòàëî âîçìîæíûì áëàãîäàðÿ òåõíîëîãèè GaN. Ñ óñòðîéñòâàìè, èíòåãðèðîâàííûìè â îäíîé ìèêðîñõåìå, ëåã÷å ïðîåêòèðîâàòü, ïðîùå ðàçâîäèòü ïå÷àòíûå ïëàòû, ëåã÷å âûïîëíÿòü ìîíòàæ, ýêîíîìèòü ïðîñòðàíñòâî íà ïëàòå è ïîâûøàòü ÊÏÄ.
«Â èñòîðèè äèñêðåòíûõ ñèëîâûõ òðàíçèñòîðîâ ïèøåòñÿ ïîñëåäíÿÿ ãëàâà. Èíòåãðàëüíûå ðåøåíèÿ GaN-íà-êðåìíèè îáåñïå÷èâàþò ëó÷øèå õàðàêòåðèñòèêè ïðè ìåíüøåì çàíèìàåìîì ïðîñòðàíñòâå è çíà÷èòåëüíîì ñîêðàùåíèè óñèëèé íà ðàçðàáîòêó, – ñêàçàë Àëåêñ Ëèäîó (Alex Lidow), ãåíåðàëüíûé äèðåêòîð è ñîó÷ðåäèòåëü EPC. – Ýòî íîâîå ñåìåéñòâî èíòåãðàëüíûõ ñèëîâûõ êàñêàäîâ ÿâëÿåòñÿ ñëåäóþùèì çíà÷èòåëüíûì ýòàïîì ýâîëþöèè
5
VDD Ïèòàíèå ëîãèêè
ØÈÌ
GND
VIN VDDF
VDD
VIN
Sync boot
CLgc Ëîãè÷åñêèå ñõåìû è ðåãóëèðîâêà ìåðòâîãî âðåìåíè
EPC2152
CDrv
HSIN
LSIN
CBTST
Ñäâèã Ëîãèêà óðîâíÿ Äðàéâåð + öåïè çàùèòû + VDD ñáðîñ ïî ïèòàíèþ Äðàéâåð
GND
SW
CIN Êîììóòàöèîííûé óçåë Âûõîä ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ
L1
COUT GND
PGND
Áëîê-ñõåìà îöåíî÷íîé ïëàòû EPC90120.
Îöåíî÷íàÿ ïëàòà Îöåíî÷íàÿ ïëàòà EPC90120, ðàññ÷èòàííàÿ íà ìàêñèìàëüíî ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå 80  è ìàêñèìàëüíûé âûõîäíîé òîê 12.5 À, îñíîâàíà íà ìèêðîñõåìå EPC2152. Ïëàòà ðàçìåðîì 50.8 ìì × 50.8 ìì èìååò îïòèìèçèðîâàííûå êîììóòàöèîííûå õàðàêòåðèñòèêè è ñîäåðæèò âñå îñíîâíûå êîìïîíåíòû, íåîáõîäèìûå äëÿ ïðîñòîé îöåíêè èíòåãðàëüíîãî ñèëîâîãî êàñêàäà EPC2152. Îöåíî÷íàÿ ïëàòà EPC90120.
GaN ïðåîáðàçîâàòåëåé ýíåðãèè îò èíòåãðàöèè äèñêðåòíûõ óñòðîéñòâ äî áîëåå ñëîæíûõ ðåøåíèé, êîòîðîå ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü âíóòðèñõåìíûå õàðàêòåðèñòèêè, ïðåâîñõîäÿùèå âîçìîæíîñòè êðåìíèåâûõ ðåøåíèé, è óïðîùàåò èíæåíåðàì ïðîåêòèðîâàíèå ñèñòåì ïèòàíèÿ».
Öåíû è äîñòóïíîñòü Ñèëîâûå êàñêàäû EPC2152 â ïàðòèÿõ èç 1000 ïðèáîðîâ ïðîäàþòñÿ ïî öåíå $5.03 çà øòóêó. Îäíà îöåíî÷íàÿ ïëàòà EPC90120 ñòîèò $123.75. EPC2152 è EPC90120 ìîæíî íåìåäëåííî ïðèîáðåñòè ó äèñòðèáüþòîðñêîé êîìïàíèè Digi-Key.
Infineon ðàçðàáîòàëà ïåðâûé â ìèðå àâòîíîìíûé àóäèîóñèëèòåëü êëàññà D ñ òåõíîëîãèåé MERUS â ôîðì-ôàêòîðå HAT äëÿ Raspberry Pi Infineon Technologies ðàçðàáîòàëà ïåðâûé â ìèðå ïîëíîñòüþ àâòîíîìíûé àóäèîóñèëèòåëü â ôîðì-ôàêòîðå ïëàòû ðàñøèðåíèÿ HAT (Hardware attached on Top) äëÿ Raspberry Pi. Íåáîëüøîå óñòðîéñòâî ïðåäîñòàâëÿåò âûñîêîå êà÷åñòâî àóäèî ñ óðîâíÿìè ìîùíîñòè áóìáîêñà. Çàïàòåíòîâàííàÿ Infineon ìíîãîó-
6
ðîâíåâàÿ òåõíîëîãèÿ [1] ãàðàíòèðóåò ïîëüçîâàòåëÿì è ïðîèçâîäèòåëÿì Raspberry Pi ìèíèìàëüíûå ðàçìåðû è ïîòðåáëåíèå, èñêëþ÷èòåëüíî âûñîêèé ÊÏÄ è HD êà÷åñòâî çâóêà. Îñíîâíîé îáëàñòüþ èñïîëüçîâàíèÿ óñòðîéñòâà ÿâëÿþòñÿ àêòèâíûå êîëîíêè ñ áåñïðîâîäíîé ïîòîêîâîé ïåðåäà÷åé ìóçûêè.
ÍÎÂÎÑÒÈ
Ïëàòà (KIT_40W_AMP_HAT_ZW) ñîâìåñòèìà ñ Raspberry Pi Zero W, à òàêæå ñ Raspberry Pi 3 è 4.  íåé èñïîëüçóåòñÿ ìíîãîóðîâíåâîå óñèëåíèå MERUS êëàññà D, êîòîðîå ïîääåðæèâàåòñÿ óñèëèòåëåì MERUS MA12070P, ïîçâîëÿþùèì ðåàëèçîâàòü êîíñòðóêöèþ, íå òðåáóþùóþ êàòóøêè â âûõîäíîì ôèëüòðå. Ýòî çíà÷èòåëüíî ñíèæàåò ñòîèìîñòü êîìïîíåíòîâ è óìåíüøàåò ðàçìåðû ïå÷àòíîé ïëàòû. Ïðè íåáîëüøèõ ðàçìåðàõ ïëàòà èìååò âûñîêóþ âûõîäíóþ ìîùíîñòü ñ ìãíîâåííûìè ïèêîâûìè çíà÷åíèÿìè äî 40 Âò íà íàãðóçêå 4 Îì. Ðåøåíèå îáåñïå÷èâàåò ëó÷øèå â ñâîåì êëàññå çíà÷åíèÿ ÊÏÄ è âðåìåíè âîñïðîèçâåäåíèÿ, äîñòèãàþùåãî 20 ÷àñîâ ïðè ïèòàíèè îò âíåøíåãî àêêóìóëÿòîðà åìêîñòüþ ïîðÿäêà 6700 ìÀ×÷. Ïëàòå íå òðåáóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ; äëÿ Raspberry Pi è HAT äîñòàòî÷íî 5 Â/ 2.5 À, ïîëó÷àåìûõ èç ðàçúåìà USB.
Íàñòðîéêè àóäèîñèñòåìû âûïîëíÿþòñÿ áûñòðî è ïðîñòî áëàãîäàðÿ ñîâìåñòèìîñòè ïëàòû ñ îñíîâíûìè äèñòðèáóòèâàìè Linux, òàêèìè êàê Raspbian, Volumio, moOde Audio èëè JustboomPlayer. Äëÿ ïðèëîæåíèé Ìóëüòèðóì, TWS èëè ñàáâóôåðîâ âîçìîæíû âàðèàíòû èñïîëüçîâàíèÿ ïëàòû â äâóõêàíàëüíîé êîíôèãóðàöèè ñ ìîñòîâûì ïîäêëþ÷åíèåì íàãðóçêè (BTL) èëè â îäíîêàíàëüíîé êîíôèãóðàöèè ñ ïàðàëëåëüíî-ìîñòîâûì ïîäêëþ÷åíèåì íàãðóçêè (PBTL).
Äîñòóïíîñòü Ïëàòû àóäèîóñèëèòåëåé äëÿ Raspberry Pi ìîæíî ïðèîáðåñòè ñî ñêëàäà Infineon.
Ññûëêà 1. MERUS – ìíîãîóðîâíåâûå àóäèîóñèëèòåëè êëàññà D äëÿ ñâåðõêîìïàêòíûõ ïðèëîæåíèé.
Ïîÿâèëñÿ êîìïüþòåð Raspberry Pi Model B ñ îáúåìîì ÎÇÓ 8 Ãáàéò Ally Winning eeNews Embedded Farnell ïðåäñòàâèëà íîâûé âàðèàíò êîìïüþòåðà Raspberry Pi 4 Model B ñ îáúåìîì îïåðàòèâíîé ïàìÿòè 8 Ãáàéò, âäâîå ðàñøèðèâ ïàìÿòü ñóùåñòâóþùåé âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíîé ìîäåëè. Äîïîëíèòåëüíàÿ ïàìÿòü ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ ïîâûøåíèÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòè ïðè âûïîëíåíèè ïðèëîæåíèé, îáðàáàòûâàþùèõ áîëüøèå îáúåìû äàííûõ, ÷òî äåëàåò íîâîå óñòðîéñòâî ïðèâëåêàòåëüíûì âàðèàíòîì äëÿ ïîëüçîâàòåëåé îáû÷íûõ íàñòîëüíûõ êîìïüþòåðîâ.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Íîâûé êîìïüþòåð áûë ðàçðàáîòàí, ÷òîáû ïðåäîñòàâèòü ïîòðåáèòåëÿì îïòèìàëüíûé áàëàíñ áûñòðîäåéñòâèÿ, åìêîñòè ïàìÿòè è ñòîèìîñòè, è 8 Ãáàéò ïàìÿòè ÿâëÿþòñÿ èäåàëüíûì îáúåìîì äëÿ ïðèëîæåíèé, òðåáóþùèõ îáðàáîòêè â ðåàëüíîì âðåìåíè áîëüøèõ îáúåìîâ äàííûõ ïðè ìèíèìàëüíûõ çàäåðæêàõ. Ê òàêèì ïðèëîæåíèÿì îòíîñÿòñÿ ïîãðàíè÷íûå øëþçû, ñðåäñòâà ìàøèííîãî çðåíèÿ è ñèñòåìû ðàñïîçíàâàíèÿ ëèö. Ôóíêöèîíàëüíîñòü íîâîé ïëàòû ìîæåò áûòü åùå áîëüøå ðàñøèðåíà äëÿ ïðèëîæåíèé âèçóàëèçàöèè ñ
7
ïîìîùüþ íåäàâíî âûïóùåííîé âûñîêîêà÷åñòâåííîé 12-ìåãàïèêñåëüíîé êàìåðû Raspberry Pi ñî ñìåííûìè îáúåêòèâàìè. Óâåëè÷åííûé äî 8 ÃÁ îáúåì ïàìÿòè ïëàòû òàêæå ñòàíåò áîëüøèì óäîáñòâîì äëÿ ïîëüçîâàòåëåé íàñòîëüíûõ êîìïüþòåðîâ, áåç çàäåðæêè èëè îæèäàíèÿ ïîääåðæèâàÿ ïðîñìîòð âåá-ñòðàíèö, ïîòîêîâîå âèäåî âûñîêîé ÷åòêîñòè, îáëà÷íûå èãðû è îáðàáîòêó èçîáðàæåíèé.
Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè 8-ãèãàáàéòíîãî êîìïüþòåðà Raspberry Pi 4 Model B ! ÑíÊ BCM2711, èçãîòîâëåííàÿ íà îñíîâå òåõïðîöåññà 28 íì, çíà÷èòåëüíî ïîâûøàåò ýíåðãîýôôåêòèâíîñòü ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäûäóùèìè ìîäåëÿìè. ! ×åòûðåõúÿäåðíûé 64-ðàçðÿäíûé ïðîöåññîð ARM Cortex-A72 ñ òàêòîâîé ÷àñòîòîé 1.5 ÃÃö óòðàèâàåò ñêîðîñòü ðàáîòû êîìïüþòåðà Raspberry Pi 4 Model B ïî ñðàâíåíèþ ñ åãî ïðåäøåñòâåííèêîì. ! Äâà ïîðòà HDMI ïîääåðæèâàþò äâóõäèñïëåéíûå êîíôèãóðàöèè ñ ðàçðåøåíèÿìè äî 4K. ! Äâà ïîðòà SuperSpeed USB 3.0 ïîçâîëÿþò áûñòðåå îáìåíèâàòüñÿ ñ âíåøíèìè íàêîïèòåëÿìè áîëüøîé åìêîñòè (äî 5 Ãáèò/ñ). ! Ïîääåðæêà True Gigabit Ethernet ïîçâîëÿåò îáìåíèâàòüñÿ äàííûìè íà ñêîðîñòÿõ äî 1 Ãáèò/ñ. ! Äâóõäèàïàçîííàÿ áåñïðîâîäíàÿ ñåòü íà ÷àñòîòàõ 2.4 ÃÃö è 5 ÃÃö, îáåñïå÷èâàåò ðåàëüíûå ñêîðîñòè ïåðåäà÷è äàííûõ ñâûøå 100 Ìáèò/ñ. Ïîìîäóëüíàÿ ñåðòèôèêàöèÿ ïîçâîëÿåò âñòðàèâàòü ïëàòó â êîíå÷íûå ïðîäóêòû, çíà÷èòåëüíî ñîêðàòèâ
8
îáúåìû èñïûòàíèé íà ñîîòâåòñòâèå, ÷òî ñíèæàåò êàê ñòîèìîñòü, òàê è âðåìÿ âûõîäà íà ðûíîê.
Ïðî÷èå õàðàêòåðèñòèêè ! Ìóëüòèìåäèà: # äåêîäåð H.265 (4kp60), # äåêîäåð H.264 (1080p60), êîäåê H.264 (1080p30); # ãðàôè÷åñêèé èíòåðôåéñ OpenGL ES 3.0; # ïîäñèñòåìà îáðàáîòêè ïîòîêîâûõ äàííûõ ñ äàò÷èêà èçîáðàæåíèÿ. ! GPIO: Îïðåäåëÿåìûé ïîëüçîâàòåëåì èíòåðôåéñ ââîäà/âûâîäà îáùåãî íàçíà÷åíèÿ (GPIO), âûâåäåííûé íà ñòàíäàðòíûé 40øòûðüêîâûé ðàçúåì, ñ ïîëíîé îáðàòíîé ñîâìåñòèìîñòüþ è äîïîëíèòåëüíîé ìóëü2 òèïëåêñèðóåìîé ïåðèôåðèåé UART, I C è SPI. ! Ïîääåðæêà SD-êàðò: Ñëîò MicroSD äëÿ çàãðóçêè îïåðàöèîííîé ñèñòåìû è õðàíåíèÿ äàííûõ. ! Ïèòàíèå ÷åðåç Ethernet: Ïîääåðæêà PoE (Power over Ethernet) ñ èñïîëüçîâàíèåì îòäåëüíîé ïëàòû ðàñøèðåíèÿ â ôîðì-ôàêòîðå HAT (Hardware attached on Top). Èñïîëíèòåëüíûé äèðåêòîð Raspberry Pi Trading Ýáåí Àïòîí (Eben Upton) ñêàçàë: «Ìû ñ íåòåðïåíèåì æäàëè ýòîò ïðîäóêò ñ ìîìåíòà âûïóñêà Raspberry Pi 4 â èþíå 2019 ãîäà, è òåïåðü, áëàãîäàðÿ íàøèì òåñíûì îòíîøåíèÿì ñ ïàðòíåðàìè ïî ìèêðîñõåìàì ïàìÿòè â Micron, íàêîíåö, îí ñòàë ðåàëüíîñòüþ. Ýòîò ïðîäóêò è íàøà áóäóùàÿ 64-áèòíàÿ îïåðàöèîííàÿ ñèñòåìà íà îñíîâå Debian îòêðîþò äëÿ ïëàòôîðìû Raspberry Pi øèðîêèé ñïåêòð íîâûõ âûñîêîêëàññíûõ ïðèëîæåíèé».
Êàìåðà Raspberry Pi íà îñíîâå 12.3-ìåãàïèêñåëüíîãî äàò÷èêà èçîáðàæåíèÿ IMX477 Sony.
ÍÎÂÎÑÒÈ
Siemens Gamesa âûïóñêàåò 14-ìåãàâàòòíóþ âåòðÿíóþ òóðáèíó ñ äèàìåòðîì ðîòîðà 222 ìåòðà ! Îôôøîðíàÿ âåòðÿíàÿ òóðáèíà SG 14-222 DD ñ óñòàíîâëåííîé ìîùíîñòüþ 14 ÌÂò, ñïîñîáíàÿ äîñòèãàòü 15 ÌÂò â ðåæèìå Power Boost. ! Ðîòîð äèàìåòðîì 222 ì, â êîòîðîì èñïîëüçóþòñÿ ãèãàíòñêèå 108-ìåòðîâûå ëîïàñòè B108. ! Ñîêðàùåíèå çà âðåìÿ ýêñïëóàòàöèè âûáðîñîâ CO2 ïðèìåðíî íà 1.4 ìëí òîíí íà îäíó ìàøèíó ïî ñðàâíåíèþ ñ ãåíåðàöèåé ýíåðãèè, îñíîâàííîé íà ñæèãàíèè óãëÿ. ! Ãîäîâàÿ âûðàáîòêà ýëåêòðîýíåðãèè, óâåëè÷åííàÿ áîëåå ÷åì íà 25% ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðåäøåñòâóþùåé ìàøèíîé. ! Ëåãêàÿ 500-òîííàÿ ãîíäîëà ïîçâîëÿþùàÿ îïòèìèçèðîâàòü êîíñòðóêöèþ è ñíèçèòü ñòîèìîñòü ôóíäàìåíòà è ìà÷òû. ! Ãîòîâíîñòü ïðîòîòèïà â 2021 ãîäó, íà÷àëî êîììåð÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ â 2024 ãîäó. Åùå íèêîãäà âåòðû ïåðåìåí íå áûëè òàê ñèëüíû, îñîáåííî êîãäà ðå÷ü èäåò îá óäîâëåòâîðåíèè ìèðîâûõ ïîòðåáíîñòåé â ÷èñòîé âîçîáíîâëÿåìîé ýíåðãèè. Âêëàäîì Siemens Gamesa â ðåøåíèå ýòîé çàäà÷è ñòàíåò íîâàÿ îôôøîðíàÿ âåòðÿíàÿ òóðáèíà ïðÿìîãî ïðèâîäà SG 14-222 DD.
Áåñïðåöåäåíòíàÿ ìîùíîñòü 14 ÌÂò, äîñòèãàþùàÿ 15 ÌÂò ïðè èñïîëüçîâàíèè ðàçðàáîòàííîé êîìïàíèåé ôóíêöèè Power Boost, ðîòîð äèàìåòðîì 222 ì ñ ëîïàñòÿìè äëèíîé 108 ì è ïîðàæàþùåé âîîáðàæåíèå îìåòàå2 ìîé ïëîùàäüþ 39,000 ì âîçâûøàþò íîâåéøóþ âåòðîâóþ òóðáèíó Siemens Gamesa íàä ìèðîì, êîòîðûé â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïåðåæèâàåò îãðîìíûå ïîòðÿñåíèÿ. Ìîùíîñòü 14 ÌÂò ïîçâîëÿåò îäíîé òóðáèíå SG 14-222 DD óäîâëåòâîðèòü ãîäîâóþ ïîòðåáíîñòü â ýíåðãèè ïðèìåðíî 18,000 ñðåäíèõ åâðîïåéñêèõ äîìîõîçÿéñòâ. Ïîðÿäêà 20 îôôøîðíûõ âåòðÿíûõ òóðáèí SG 14222 DD ñïîñîáíû ïîêðûòü ãîäîâîå ïîòðåáëåíèå ýëåêòðîýíåðãèè òàêîãî ãîðîäà, êàê Áèëüáàî, Èñïàíèÿ. Â ðîòîðå äèàìåòðîì 222 ì èñïîëüçîâàíû ñîçäàííûå Siemens Gamesa ëîïàñòè B108.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Äëèííûå, ïî÷òè êàê òðè êîñìè÷åñêèõ ÷åëíîêà, 108-ìåòðîâûå ëîïàñòè IntegralBlade îòëèâàþòñÿ êàê îäíî öåëîå ñ èñïîëüçîâàíèåì çàïàòåíòîâàííîé Siemens Gamesa íîâåéøåé òåõíîëîãèè. Êîëîññàëüíàÿ ïëîùàäü îìåòàíèÿ 2 òóðáèíû 39,000 ì ýêâèâàëåíòíà ïðèìåðíî 5.5 ñòàíäàðòíûì ôóòáîëüíûì ïîëÿì.  ïåðåñ÷åòå íà îäíó óñòàíîâêó SG 14-222 DD ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü âûðàáîòêó ýíåðãèè áîëåå ÷åì íà 25% ïî ñðàâíåíèþ ñ îôôøîðíîé âåòðÿíîé òóðáèíîé SG 11.0-200 DD. Êðîìå òîãî, âåñ ãîíäîëû íîâîãî îôôøîðíîãî ãèãàíòà ñíèæåí äî 500 òîíí. Îáëåã÷åííàÿ êîíñòðóêöèÿ ïîçâîëÿåò áåçîïàñíî èñïîëüçîâàòü áàøíè è ôóíäàìåíòû, îïòèìèçèðîâàííûå ïî ñðàâíåíèþ ñ îñíîâàíèÿìè, íåîáõîäèìûìè äëÿ áîëåå òÿæåëûõ ãîíäîë. Òàêèì îáðàçîì, äîïîëíèòåëüíûå ïðåèìóùåñòâà îáåñïå÷èâàþòñÿ çà ñ÷åò ìèíèìèçàöèè êîëè÷åñòâà èñõîäíûõ ìàòåðèàëîâ è ñîêðàùåíèÿ òðàíñïîðòíûõ ðàñõîäîâ. Ñîçäàòåëè SG 14-222 DD îïèðàëèñü íà ïðàêòèêó ðàçðàáîòêè ïðÿìîïðèâîäíûõ îôøîðíûõ òóðáèí, ãëóáîêîå ïîíèìàíèå Siemens Gamesa è îïûò, ïðèîáðåòåííûé çà ïÿòü ïîêîëåíèé ïðîäóêòîâ ñ ìîìåíòà ïîÿâëå-
9
íèÿ ïëàòôîðìû â 2011 ãîäó. Îñíîâó íîâîé îôôøîðíîé âåòðÿíîé òóðáèíû ñîñòàâëÿþò òàêèå êëþ÷åâûå êîìïîíåíòû, êàê ñèñòåìû áåçîïàñíîñòè, êîíöåïöèè ñòóïèö è áàøåí, ðåøåíèÿ, êàñàþùèåñÿ ýêñïëóàòàöèè è òåõíè÷åñêîãî îáñëóæèâàíèÿ, à òàêæå áåçóïðå÷íî îòëàæåííîå óïðàâëåíèå öåïî÷êîé ïîñòàâîê. Íà âñåõ îñíîâíûõ ìèðîâûõ îôôøîðíûõ ðûíêàõ âåòðîýíåðãåòèêè áûëî óñòàíîâëåíî
áîëåå 1000 âåòðîâûõ òóðáèí ïðÿìîãî ïðèâîäà Siemens Gamesa. Ñðåäè íèõ Âåëèêîáðèòàíèÿ, Ãåðìàíèÿ, Äàíèÿ, Íèäåðëàíäû, Áåëüãèÿ è Òàéâàíü. Êðîìå òîãî, áûëè ïîëó÷åíû ïîäòâåðæäåííûå çàêàçû íà äîïîëíèòåëüíûå 1000 òóðáèí ñ ïðÿìûì ïðèâîäîì ñ çàïëàíèðîâàííîé óñòàíîâêîé êàê íà òåððèòîðèÿõ ïåðå÷èñëåííûõ âûøå ñòðàí, òàê è íà íîâûõ ðûíêàõ, âêëþ÷àÿ ÑØÀ è Ôðàíöèþ.
 Ëîñ-Ëóíàñå èñïûòûâàåòñÿ ïðèíöèïèàëüíî íîâàÿ ñèñòåìà ñîëíå÷íîé ãåíåðàöèè Power Systems Design  ïîñåëêå Ëîñ-Ëóíàñ çàïóùåíà ïðèíöèïèàëüíî íîâàÿ âåðòèêàëüíàÿ ñîëíå÷íàÿ ñèñòåìà Polygen, êîòîðàÿ áóäåò êðóãëîñóòî÷íî îáåñïå÷èâàòü ýëåêòðîýíåðãèåé öåíòð ïåðåðàáîòêè îòõîäîâ ïîñåëêà.  ñèñòåìå èñïîëüçóåòñÿ ñîâåðøåííî íîâàÿ òåõíîëîãèÿ, è ïîñåëîê Ëîñ-Ëóíàñ ÿâëÿåòñÿ ïåðâûì ìóíèöèïàëèòåòîì â ñòðàíå, êîòîðîìó îíà ñòàëà äîñòóïíà. Ñèñòåìà áûëà ðàçðàáîòàíà è óñòàíîâëåíà êîìïàíèåé Wiltech Energy. Íîâàÿ òåõíîëîãèÿ ïîçâîëèò ïîëó÷àòü â øåñòü ðàç áîëüøå ýíåð-
10
ãèè, ÷åì äàþò òðàäèöèîííûå ñîëíå÷íûå óñòàíîâêè. Íîâàÿ ñèñòåìà çàíèìàåò âñåãî 49 êâàä2 ðàòíûõ ôóòîâ (4.5 ì ) è áóäåò îáåñïå÷èâàòü ìîùíîñòü, äîñòàòî÷íóþ äëÿ ïîääåðæàíèÿ ðàáîòû öåíòðà óòèëèçàöèè.  ñèñòåìó òàêæå áóäóò äîáàâëåíû àêêóìóëÿòîðíûé íàêîïèòåëü ýíåðãèè íà 22 êÂò è âåòðÿíàÿ òóðáèíà. «Èìåÿ áîëåå 300 ñîëíå÷íûõ äíåé â ãîäó, èìååò ñìûñë èñïîëüçîâàòü åñòåñòâåííóþ ýíåðãèþ ñîëíöà äëÿ ïèòàíèÿ çäàíèé â äåðåâíå. – îáúÿñíèë Ãðåã Ìàðòèí (Greg Martin), ìýð Ëîñ-Ëóíàñà. – Ìû íàäååìñÿ, ÷òî â áëèæàéøåì áóäóùåì ñîëíå÷íàÿ ýíåðãèÿ íà÷íåò ðàáîòàòü íà áëàãî íàøåé îáùèíû». Ñèñòåìà Wiltech Energy óíèêàëüíà ñâîåé âåðòèêàëüíîé ãåîìåòðèåé. «Ýòî åäèíñòâåííàÿ ñîëíå÷íàÿ ñèñòåìà â ìèðå, êîòîðàÿ ìîæåò âûðàáàòûâàòü ýíåðãèþ çèìîé, – îáúÿñíèë Îñâàëüä Óèëñîí (Oswald Wilson), ãåíåðàëüíûé äèðåêòîð Wiltech Energy. – Áëàãîäàðÿ âåðòèêàëüíîé îðèåíòàöèè, ïàíåëè ðàáîòàþò â çèìíþþ ïîãîäó è äàæå âî âðåìÿ ïóñòûííûõ ïåñ÷àíûõ áóðü. Ìû âåðèì, ÷òî ýòà òåõíîëîãèÿ èçìåíèò ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ ñîëíå÷íîé ýíåðãèè». Óíèêàëüíàÿ âåðòèêàëüíàÿ ñîëíå÷íàÿ ñèñòåìà Polygen Wiltech ìîæåò ïèòàòü ñòàíöèè çàðÿäêè ýëåêòðîìîáèëåé, òåëåêîììóíèêàöèîííûå âûøêè è äðóãèå áàçèñíûå íàãðóçêè. Êàðêàñ Polygen áûë ðàçðàáîòàí Îñâàëüäîì Óèëñîíîì (Oswald Wilson) è ïîñòðîåí Ñòèâåíîì ßâîðñêèì (Stephen A. Yavorski) â êîìïàíèè Airmet Metalworks â Íüþàðêå, ÍüþÄæåðñè.
ÍÎÂÎÑÒÈ
Ñâåòîäèîäíûé äðàéâåð óïðàâëÿåò ïîäñâåòêîé ñàëîíà Christoph Hammerschmidt eeNews Europe Automotive Inova Semiconductors ïðåäëàãàåò ìèêðîñõåìó êîíòðîëëåðà è äðàéâåðà ñâåòîäèîäîâ, ðàíåå èíòåãðèðîâàííóþ â ñîñòàâ èíòåëëåêòóàëüíîãî ñâåòîäèîäíîãî ìîäóëÿ, à òåïåðü ïîñòàâëÿåìóþ êàê àâòîíîìíûé äðàéâåð, îòâå÷àþùèé òðåáîâàíèÿì ñïåöèôèêàöèé àëüÿíñà Iseled. Óñòðîéñòâî ïîçâîëÿåò êîíñòðóèðîâàòü ñïåöèàëèçèðîâàííûå ñâåòîäèîäíûå öåïî÷êè äëÿ âíåøíåãî è ôóíêöèîíàëüíîãî îñâåùåíèÿ ñàëîíîâ àâòîìîáèëåé.
INLC10AQ ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ñîçäàíèÿ ñâåòîäèîäíûõ öåïî÷åê èíäèâèäóàëüíûõ êîíôèãóðàöèé, óïðàâëÿåìûõ ÷åðåç äâóíàïðàâëåííóþ äèôôåðåíöèàëüíóþ äâóõïðîâîäíóþ øèíó. Òàêèì îáðàçîì ìîæíî ñîåäèíèòü â îäèí ïîñëåäîâàòåëüíûé ìàññèâ äî 4079 ñâåòîäèîäíûõ äðàéâåðîâ è êîíòðîëëåðîâ. Ïîòðåáèòåëÿì òàêæå äîñòóïíû â ïðîìûøëåííûõ îáúåìàõ èíòåëëåêòóàëüíûå ñâåòîäèîäíûå ìîäóëè ðàçëè÷íûõ ïðîèçâîäèòåëåé, â îäíîì êîðïóñå êîòîðûõ îáúåäèíåíû äðàéâåðû, êîíòðîëëåðû è RGB ñâåòîäèîäû, ñåðòèôèöèðîâàííûå äëÿ ïðèìåíåíèÿ â àâòîìîáèëüíîé îòðàñëè.
Íåñèììåòðè÷íàÿ ëèíèÿ ÌÊ
R
G
B
INLC10AQ
INLC10AQ ïîääåðæèâàåò òàêèå ôóíêöèè, êàê óïðàâëåíèå öâåòîì/ÿðêîñòüþ è ðåãóëèðîâêà ñèëû ñâåòà.  óñòðîéñòâå ðåàëèçîâàíû êàëèáðîâêà ÿðêîñòè ñâåòîäèîäîâ è êîìïåíñàöèÿ öâåòîâîé òåìïåðàòóðû êðàñíûõ ñâåòîäèîäîâ íà äîìèíèðóþùåé äëèíå âîëíû. Èíòåãðèðîâàííàÿ ïàìÿòü ñ îäíîêðàòíûì ïðîãðàììèðîâàíèåì õðàíèò äàííûå êàëèáðîâêè è êîìïåíñàöèè, èñêëþ÷àÿ íåîáõîäèìîñòü ãðóïïèðîâêè ñâåòîäèîäîâ ïî ïàðàìåòðàì. Áëàãîäàðÿ èíòåãðàöèè ãåíåðàòîðà, íèêàêèå äîïîëíèòåëüíûå âíåøíèå êîìïîíåíòû ìèêðîñõåìå äðàéâåðà/ êîíòðîëëåðà íå íóæíû. Ìèêðîñõåìà, òðåáóþùàÿ ëèøü îäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ñîäåðæèò âñòðîåííûé LDO ðåãóëÿòîð, äàò÷èê òåìïåðàòóðû è êîìïëåêñíûå ñðåäñòâà äèàãíîñòèêè. Öåïî÷êè ñâåòîäèîäîâ ìîãóò áûòü ïîñëåäîâàòåëüíî ïîäêëþ÷åíû ê íåñêîëüêèì óñòðîéñòâàì INLC10AQ èëè äðóãèì ïðîäóêòàì Iseled ÷åðåç äèôôåðåíöèàëüíóþ äâóíàïðàâëåííóþ ïîñëåäîâàòåëüíóþ øèíó ñ ïðîïóñêíîé ñïîñîáíîñòüþ 2 Ìáèò/ñ è êîíòðîëåì öèêëè÷åñêèì èçáûòî÷íûì êîäîì. Ìèêðîñõåìà ñîäåðæèò òðè íåçàâèñèìûõ èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî òîêà, óïðàâëÿåìûõ ØÈÌ (488 Ãö, 12 áèò). Êàæäàÿ ìèêðîñõåìà â ñîñòàâå ñâåòîäèîäíîé öåïî÷êè èìååò èíäèâèäóàëüíûé àäðåñ íà øèíå è äîñòóïíà äëÿ ÷òåíèÿ/çàïèñè ñ èñïîëüçîâàíèåì ñîáñòâåííîãî ïðîòîêîëà Inova. INLC10AQ òàêæå ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ â êà÷åñòâå ïåðèôåðèéíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñèãíàëîâ ìèêðîêîíòðîëëåðà. Óñòðîéñòâî ïðåîáðàçóåò íåñèììåòðè÷íûé ñèãíàë â äèôôåðåíöèàëüíûé è óñòàíàâëèâàåò ñîåäèíåíèå ñ ïåðâûì ñâåòîäèîäîì öåïî÷êè.  êà÷åñòâå ïðåîáðàçîâàòåëÿ
Äèôôåðåíöèàëüíàÿ ëèíèÿ
R
G
B
INLC10AQ
Äèôôåðåíöèàëüíàÿ ëèíèÿ
R
G
B
INLC10AQ
Ïðèìåð èñïîëüçîâàíèÿ ìèêðîñõåìû â öåïî÷êå ñ âíåøíèìè RGB ñâåòîäèîäàìè.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
11
ìèêðîñõåìó ìîæíî êîìáèíèðîâàòü ñ äðóãèìè ñåðòèôèöèðîâàííûìè Iseled ïðîäóêòàìè, ñîäåðæàùèìè â îáùåì êîðïóñå êîíòðîëëåð INLC10AQ è RGB ñâåòîäèîäû. Áëàãîäàðÿ âñòðîåííîìó àíàëîãî-öèôðîâîìó ïðåîáðàçîâàòåëþ, òðè âûâîäà ìèêðîñõåìû ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ íå òîëüêî äëÿ
óïðàâëåíèÿ ñâåòîäèîäàìè, íî è äëÿ èçìåðåíèÿ ïðèëîæåííîãî ê íèì íàïðÿæåíèÿ. Ýòî ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü ïðîñòûå äàò÷èêè (ïðèáëèæåíèÿ, ïðèêîñíîâåíèÿ, äàâëåíèÿ) èëè ðåãóëÿòîðû, èíòåãðèðîâàííûå â ñâåòîäèîäíóþ öåïî÷êó. Çàòåì äàííûå ïåðåäàþòñÿ îáðàòíî â êîíòðîëëåð ïî øèíå Iseled, íå òðåáóÿ äîïîëíèòåëüíûõ ïðîâîäîâ äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ äàò÷èêîâ. Ìèêðîñõåìà ñìåøàííûõ ñèãíàëîâ INLC10AQ âûïóñêàåòñÿ â 16-êîíòàêòíîì êîðïóñå WETQFN ñ ðàçìåðàìè âñåãî 3 ìì × × 3 ìì × 0.9 ìì. Ïàðàìåòðû ìèêðîñõåìû ãàðàíòèðóþòñÿ â äèàïàçîíå ðàáî÷èõ òåìïåðàòóð îò –40 °C äî +105 °C. Óñòðîéñòâî ñåðòèôèöèðîâàíî íà ñîîòâåòñòâèå òðåáîâàíèÿì ñòàíäàðòà àâòîìîáèëüíîé ïðîìûøëåííîñòè AEC-Q100.
Plessey è Compound Photonics ñîçäàëè ïðîòîòèï ìèêðîñâåòîäèîäíîãî äèñïëåÿ ñ äèàãîíàëüþ 0.26" è ðàçðåøåíèåì Full HD 1080p Julien Happich eeNews Europe Àìåðèêàíñêàÿ êîðïîðàöèÿ Compound Photonics (CP) è Plessey Semiconductors îáúåäèíèëè ñâîè óñèëèÿ äëÿ ñîçäàíèÿ ïåðâûõ ïðîòîòèïîâ ìèêðîñâåòîäèîäíûõ (microLED) äèñïëååâ ñ äèàãîíàëüþ 0.26 äþéìà è ðàçðåøåíèåì Full HD 1080p.
Ðåçóëüòàòîì èõ ðàíåå îáúÿâëåííîãî ñòðàòåãè÷åñêîãî ïàðòíåðñòâà ÿâëÿþòñÿ ïîëíîñòüþ àäðåñóåìûå äèñïëåéíûå ìîäóëè íà ìèêðîñâåòîäèîäàõ, ñîçäàííûõ ýïèòàêñèåé GaN íà êðåìíèè, îñíîâíîé ñôåðîé ïðèìåíåíèÿ êîòîðûõ äîëæíû áûòü ïðèëîæåíèÿ äîïîëíåííîé/ ñìåøàííîé ðåàëüíîñòè.
12
Êîìàíäû ðàçðàáîò÷èêîâ èç CP è Plessey óñïåøíî èçãîòîâèëè ðàáîòîñïîñîáíûå äèñïëåéíûå ìîäóëè íà ìèêðîñâåòîäèîäàõ (microLED), â êîòîðûõ îíè ñîâìåñòèëè ñàìûå ñîâåðøåííûå â îòðàñëè âûñîêîñêîðîñòíûå îáúåäèíèòåëüíûå ïëàòû êîìïàíèè CP ñ ðåâîëþöèîííîé òåõíîëîãèåé ìîíîëèòíûõ GaN íà êðåìíèè ìàòðèö microLED, ðàçðàáîòàííîé Plessey. Íà ñâîåé ôàáðèêå â Ïëèìóòå, Âåëèêîáðèòíèÿ, Plessey âûïóñòèëà ïëàñòèíó ñ ìàòðèöåé microLED, ñîåäèíåííóþ ñ ïëàñòèíîé îáúåäèíèòåëüíîé ïëàòû CP. Êîìàíäà CP, â ñâîþ î÷åðåäü, èç ïàðû ñîåäèíåííûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïëàñòèí ñîáðàëà äèñïëåéíûå ìîäóëè è óïàêîâàëà èõ â êîðïóñà íà ñâîåì ïðîèçâîäñòâåííîì ó÷àñòêå â ãîðîäå Ôåíèêñå, øòàò Àðèçîíà, ÑØÀ. Îáå êîìàíäû â íàñòîÿùåå âðåìÿ âûïîëíÿþò ïåðâè÷íûå èññëåäîâàíèÿ õàðàêòåðèñòèê íà ïðåäïðèÿòèè CP â Âàíêóâåðå, øòàò Âàøèíãòîí, ÑØÀ.
ÍÎÂÎÑÒÈ
«Ñåãîäíÿøíåå äîñòèæåíèå ÿâëÿåòñÿ ïðÿìûì ðåçóëüòàòîì òåñíîãî äåëîâîãî ñîòðóäíè÷åñòâà êîìàíä ðàçðàáîò÷èêîâ Plessey è CP, – ïðîêîììåíòèðîâàë Ìàéê Ëè (Mike Lee), ïðåçèäåíò ïî êîðïîðàòèâíîìó è äåëîâîìó ðàçâèòèþ â Plessey. – Ýòà óñïåøíàÿ äåìîíñòðàöèÿ êîíöåïöèè ïîäòâåðæäàåò ïðàâèëüíîñòü âûáðàííîãî îáåèìè êîìïàíèÿìè êóðñà íà âûïóñê ñàìûõ âûñîêîýôôåêòèâíûõ â îòðàñëè äèñïëåéíûõ microLED ìîäóëåé, îáåñïå÷èâàþùèõ ïîâûøåííóþ ÿðêîñòü ïðè ìåíüøèõ ðàçìåðàõ ïèêñåëåé, à òàêæå áîëåå âûñîêóþ ÷àñòîòó êàäðîâ ñ ðàñøèðåííîé ãëóáèíîé öâåòà ïðè ñàìîì íèçêîì ýíåðãîïîòðåáëåíèè». «Ýòè ïðîòîòèïû microLED äèñïëååâ ÿâëÿþòñÿ âàæíûì ïîäòâåðæäåíèåì òîãî, ÷òî ìîíîëèòíàÿ òåõíîëîãèÿ GaN íà êðåìíèè êîìïàíèè Plessey, åå ïðîèçâîäñòâåííûå ïðîöåññû è ìåòîäû ïðèñîåäèíåíèÿ âûâîäîâ èäåàëüíî ñî÷åòàþòñÿ ñ ëèäèðóþùåé â îòðàñëè êîíñòðóêöèåé ïëàò êîðïîðàöèè Compound Photonics, îáåñïå÷èâàþùèõ øàã ïèêñåëåé 3.015 ìèêðîí è ïîçâîëÿþùèõ ñîçäàâàòü ìèêðîäèñïëåè âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ 1080p (1920×1080 ïèêñåëåé).  ñî÷åòàíèè ñ âûñîêîýôôåêòèâíîé àðõèòåêòóðîé ðàçðàáîòàííîãî CP äðàéâåðà NOVA, ýòè microLED äèñïëåè ïîääåðæèâàþò èíòåðôåéñ ïðîìûøëåííîãî ñòàíäàðòà MIPI, ïîçâîëÿþùèé èñïîëü-
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
çîâàòü óíèêàëüíîå ðåøåíèå êîíâåéåðà îòîáðàæåíèÿ, ðàçðàáîòàííîãî CP äëÿ íóæä ïðèëîæåíèé äîïîëíåííîé/ñìåøàííîé ðåàëüíîñòè ðåàëüíîãî âðåìåíè. Ñîçäàííàÿ CP òåõíîëîãèÿ ìîæåò áûòü ðàñøèðåíà íà óïðàâëåíèå íåñêîëüêèìè äèñïëåÿìè, ÷òî îáåñïå÷èâàåòñÿ ïîëíîé ïðîãðàììíîé êîíôèãóðèðóåìîñòüþ, ïîçâîëÿþùåé çàêàç÷èêàì ñîçäàâàòü ñâîè ñèñòåìû â ñîîòâåòñòâèè ñ êîíêðåòíûìè òðåáîâàíèÿìè ê ìîùíîñòè è ïðîèçâîäèòåëüíîñòè», – äîáàâèë Èâàí Âîíã (Yiwan Wong), ãåíåðàëüíûé äèðåêòîð Compound Photonics. Ïåðâûå îáðàçöû microLED äèñïëåéíîãî ìîäóëÿ ñ äèàãîíàëüþ 0.26 äþéìà è ðàçðåøåíèåì Full HD, îáúåäèíåííîãî ñ ìèêðîñõåìîé äðàéâåðà è âõîäíûì èíòåðôåéñîì MIPI, êàê îæèäàåòñÿ, áóäóò äîñòóïíû óæå ëåòîì 2020 ãîäà.
13
Êàëèáðîâêà èíôðàêðàñíûõ
Áàñêîâ Ì. Ï.
àíàëîãîâûõ äàëüíîìåðîâ êîìïàíèè Sharp Ì.Ï. Áàñêîâ, Î.Ä. Ëåâàøîâ Moñêâà – Áðåøèÿ (Èòàëèÿ)
150 ñì è ðåçóëüòàòû òåñòîâ. Ýòó ìåòîäèêó êàëèáðîâêè ìîæíî ïðèìåíèòü äëÿ âñåõ äàëüíîìåðîâ, ïåðå÷èñëåííûõ âûøå.  ïðèëîæåíèè ïðèâåäåí ëèñòèíã ïðîãðàììû êàëèáðîâêè íà ÿçûêå JavaScript äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ íà ïëàòôîðìå Espruino, â ÷àñòíîñòè, Iskra JS [2].
Òåðìèíû è ñîêðàùåíèÿ Âñòóïëåíèå  ëþáèòåëüñêîì ðîáîòîñòðîåíèè øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ èíôðàêðàñíûå äàëüíîìåðû ê î ì ï à í è è S h a r p , í à ï ð è ì å ð ì îä åë è GP2Y0A41SK0F (4 – 30 ñì), GP2Y0A21YK0F (10 – 80 ñì), GP2Y0A02YK0F (20 – 150 ñì).  ðàáîòå [1] äàíî ïðåâîñõîäíîå îïèñàíèå ýòèõ äàëüíîìåðîâ, à òàêæå ñïîñîá íîðìàëèçàöèè âûõîäíîé õàðàêòåðèñòèêè ïðè ïîìîùè âû÷èñëèòåëüíîé ôóíêöèè, Äëÿ óëó÷øåíèÿ òî÷íîñòè èçìåðåíèÿ âî âñåì çàÿâëåííîì ïðîèçâîäèòåëåì äèàïàçîíå íàìè ïðåäëàãàåòñÿ èñïîëüçîâàòü òàáëè÷íûé ìåòîä íîðìàëèçàöèè âûõîäíîãî ñèãíàëà äàëüíîìåðà.  ñòàòüå ïðèâåäåíà ìåòîäèêà êàëèáðîâêè ÈÊ-äàëüíîìåðà SHARP GP2Y0A02YK0F ñ äèàïàçîíîì èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèÿ 20-
14
Ïðè äàëüíåéøåì èçëîæåíèè ìû áóäåì óïîòðåáëÿòü òåðìèí «äàëüíîìåð» âìåñòî âûðàæåíèÿ «èíôðàêðàñíûé àíàëîãîâûé äàëüíîìåð êîìïàíèè Sharp».
Èññëåäîâàíèÿ è ýêñïåðèìåíòû Ïîëüçîâàòåëè îòìå÷àþò çíà÷èòåëüíûé ðàçáðîñ ðåçóëüòàòîâ ñîñåäíèõ èçìåðåíèé ýòèõ äàëüíîìåðîâ. Ñ öåëüþ èññëåäîâàíèÿ ïðè÷èí ýòîãî ÿâëåíèÿ ìû ïðîâåëè áîëüøîé îáúåì èñïûòàíèé òðåõ äàëüíîìåðîâ GP2Y0A02YK0F â øèðîêîì äèàïàçîíå êîëè÷åñòâà èçìåðåíèé â ñåðèè â äèàïàçîíå îò 10 äî 100 èçìåðåíèé ïîäðÿä è âðåìåíè ìåæäó èçìåðåíèÿìè â äèàïàçîíå îò 0 (èçìåðåíèÿ äåëàþòñÿ â öèêëå íåïîñðåäñòâåííî äðóã çà äðóãîì) äî 40 ìèëëèñåêóíä. Êðîìå ýòîãî, ìû ñäåëàëè íåñêîëüêî ìàêñèìàëüíî äëèííûõ âûáîðîê äëÿ ïîíèìàíèÿ ðàñïðåäå-
ÑÒÀÒÜÈ
Ðèñóíîê 1. Âèä ðàñïðåäåëåíèÿ ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé â áîëüøîé âûáîðêå. Ïåðâûå äâà ñòîëáöà – âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äàëüíîìåðà â ìèëëèâîëüòàõ, òðåòèé ñòîëáåö – êîëè÷åñòâî èçìåðåíèé ïîïàâøèõ â èíòåðâàë.
ëåíèÿ ðåçóëüòàòîâ â ãåíåðàëüíîé ñîâîêóïíîñòè. Ìàêñèìàëüíàÿ äëèíà âûáîðêè (2000 èçìåðåíèé) îãðàíè÷åíà îáúåìîì ïàìÿòè ìèêðîêîíòðîëëåðà Iskra JS. Ìàêñèìàëüíàÿ âûáîðêà ïîêàçàëà, ÷òî ðàñïðåäåëåíèå ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèÿ ÿâëÿåòñÿ áëèçêèì ê íîðìàëüíîìó. Ïðîâåðêà íîðìàëüíîñòè ïðîâîäèëîñü ïî êðèòåðèþ ñîãëàñèÿ Ïèðñîíà. Òèïîâîå ðàñïðåäåëåíèå â áîëüøîé âûáîðêå ïðåäñòàâëåíî íà Ðèñóíêå 1. Îäíàêî ïðè ìåíüøåì ÷èñëå ïîñëåäîâàòåëüíûõ èçìåðåíèé êàðòèíà ñóùåñòâåííî ìåíÿåòñÿ. Íà Ðèñóíêå 2 ïðåäñòàâëåíû äâå ïîñëåäîâàòåëüíûå âûáîðêè ïî 59 èçìåðåíèé â êàæäîé.
Ðèñóíîê 2. Ñîñåäíèå âûáîðêè. Ïåðâûå äâà ñòîëáöà – âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äàëüíîìåðà â ìèëëèâîëüòàõ, òðåòèé ñòîëáåö – êîëè÷åñòâî èçìåðåíèé, ïîïàâøèõ â èíòåðâàë.
 õîäå èñïûòàíèé ìû îïðåäåëèëè, ÷òî ñðåäíåå çíà÷åíèå âûáîðêè íåçíà÷èòåëüíî âàðüèðóåò ïðè èçìåíåíèè äëèíû âûáîðêè îò 20 äî 100 èçìåðåíèé. Ïðè ìåíüøåì çíà÷åíèè èçìåðåíèé ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà ìîæåò çàâè-
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
ñåòü îò ýêñòðåìàëüíûõ çíà÷åíèé. Èíòåðâàë ìåæäó ñîñåäíèìè èçìåðåíèÿìè íå îêàçûâàåò çàìåòíîãî âëèÿíèÿ íà ñðåäíåå çíà÷åíèå âûáîðêè. Òàêæå íàìè èññëåäîâàíà çàâèñèìîñòü ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ îò óãëà ìåæäó îïòè÷åñêîé îñüþ äàëüíîìåðà è ïëîñêîñòüþ ïðåïÿòñòâèÿ. Íà Ðèñóíêå 3 ïðåäñòàâëåí êîëëàæ èç ñêðèíøîòà ïîêàçàíèé äàëüíîìåðà è ðàññòîÿíèé, èçìåðåííûõ ìåõàíè÷åñêîé ðóëåòêîé.
Ðèñóíîê 3. Çàâèñèìîñòü ïîêàçàíèé îò óãëà ìåæäó îïòè÷åñêîé îñüþ äàëüíîìåðà è ïëîñêîñòüþ ïðåïÿòñòâèÿ.
Èç Ðèñóíêà 3 ñëåäóåò, ÷òî äàëüíîìåðû ïîçâîëÿþò äîñòàòî÷íî òî÷íî îïðåäåëèòü ðàññòîÿíèå äî ïðåïÿòñòâèÿ, åñëè óãîë ìåæäó îïòè÷åñêîé îñüþ äàëüíîìåðà è ïëîñêîñòüþ ïðåïÿòñòâèÿ ñîñòàâëÿåò 30 ãðàäóñîâ è ìåíåå. Óâåëè÷åíèå ïîãðåøíîñòè ïðè äàëüíåéøåì óâåëè÷åíèè óãëà, íà íàø âçãëÿä, îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî ñâåòîâîå ïÿòíî, ôîðìèðóåìîå èçëó÷àòåëåì äàëüíîìåðà íà ïðåïÿòñòâèè, âûðîæäàåòñÿ èç îêðóæíîñòè â ýëëèïñ, è ïðèåìíèê ðåàãèðóåò íà åãî áëèæíèé êðàé. Îáîáùàÿ ðåçóëüòàòû íàøèõ èññëåäîâàíèé, ìîæíî ñäåëàòü ñëåäóþùèå âûâîäû: 1. Èçìåðåíèå ðàññòîÿíèÿ íóæíî ïðîèçâîäèòü ñåðèÿìè ïî 20 – 50 èçìåðåíèé â êàæäîé. 2. Âðåìåííîé èíòåðâàë ìåæäó îòäåëüíûìè èçìåðåíèÿìè â ñåðèè íå âëèÿåò íà èõ òî÷íîñòü è ïîâòîðÿåìîñòü. 3. Òî÷íîñòü èçìåðåíèé îñòàåòñÿ íåèçìåííîé, åñëè óãîë ìåæäó îïòè÷åñêîé îñüþ äàëüíîìåðà è ïëîñêîñòüþ ïðåïÿòñòâèÿ ñîñòàâëÿåò 30 ãðàäóñîâ è ìåíåå. 4. Åñëè äàëüíîìåð óñòàíîâëåí íà âðàùàþùåéñÿ ïëàòôîðìå, òî ïîñëå êàæäîé ñìåíû ïîëîæåíèÿ íåîáõîäèìà ïàóçà
15
ïåðåä èçìåðåíèåì äëÿ óñïîêîåíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ êîëåáàíèé ñåðâîïðèâîäà äëèòåëüíîñòüþ íå ìåíåå 250 ìèëëèñåêóíä. 5. Íàèëó÷øàÿ äîñòîâåðíîñòü è ïîâòîðÿåìîñòü ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèÿ äîñòèãàåòñÿ äëÿ ïåðâûõ 80 ïðîöåíòîâ øêàëû, ãäå òèïè÷íàÿ òî÷íîñòü èçìåðåíèé íå õóæå 2%.  äèàïàçîíå îò 80% äî 100% øêàëû òî÷íîñòü ñíèæàåòñÿ, îäíàêî è â ýòîì ñëó÷àå òèïîâîå çíà÷åíèå ïîãðåøíîñòåé èçìåðåíèÿ íå õóæå 3%.
Êàëèáðîâêà äàëüíîìåðà Ñóòü êàëèáðîâêè çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì.  ïðîöåññå êàëèáðîâêè ïðåïÿòñòâèå ñìåùàåòñÿ íà ôèêñèðîâàííîå ðàññòîÿíèå îò äàëüíîìåðà â äèàïàçîíå 20 – 150 ñì. Íà êàæäîé èòåðàöèè äåëàåòñÿ ñåðèÿ èçìåðåíèé, è óñðåäíåííûé ðåçóëüòàò çàïèñûâàåòñÿ â òàáëèöó.  äàëüíåéøåì òàáëèöà â âèäå ìàññèâà èñïîëüçóåòñÿ äëÿ íîðìàëèçàöèè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé ðàññòîÿíèÿ. Ïîñêîëüêó òàáëèöà ñîäåðæèò íàáîð ôèêñèðîâàííûõ çíà÷åíèé, äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðîìåæóòî÷íûõ ðåçóëüòàòîâ èñïîëüçóåòñÿ èíòåðïîëÿöèÿ. Åñëè äàëüíîìåð óñòàíîâëåí íà âðàùàþùåìñÿ îñíîâàíèè, ýòî îñíîâàíèå íàäî çàôèêñèðîâàòü òàê, ÷òîáû îïòè÷åñêàÿ îñü äàëüíîìåðà ÿâëÿëàñü ïðîäîëæåíèåì ïðîäîëüíîé îñè ïëàòôîðìû ðîáîòà. Ñàì ðîáîò äîëæåí áûòü çàôèêñèðîâàí âî èçáåæàíèå ñëó÷àéíîãî ñìåùåíèÿ. Êàëèáðîâêó ëó÷øå ïðîèçâîäèòü íà ñòåíäå, ãäå ïðåïÿòñòâèå ïîøàãîâî óäàëÿåòñÿ îò ðîáîòà ñ óñòàíîâëåííûì äàëüíîìåðîì. Óãîë ìåæäó ïðîäîëüíîé îñüþ ïëàòôîðìû ðîáîòà è ïëîñêîñòüþ ïðåïÿòñòâèÿ äîëæåí ñîñòàâëÿòü 90 ãðàäóñîâ. Ðàçìåð ïðåïÿòñòâèÿ îïðåäåëÿåòñÿ «óãëîì çðåíèÿ» èñïîëüçóåìûõ äàëüíîìåðîâ. Òî÷íîãî çíà÷åíèÿ â äàòàøèòàõ íå ïðèâîäèòñÿ. Èçìåðåííûé íàìè óãîë â ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè ñîñòàâëÿåò îêîëî 16 ãðàäóñîâ, èç ÷åãî ñëåäóåò, ÷òî ðàçìåð ïðåïÿòñòâèÿ äëÿ òî÷íîé êàëèáðîâêè íà äèñòàíöèè 150 ñì äîëæåí áûòü íå ìåíåå 50 × 50 ñì. Ñòåíä äîëæåí èìåòü øêàëó ñ øàãîì â 10 ñì. Åñëè äàëüíîìåð ðàñïîëîæåí äîñòàòî÷íî âûñîêî íàä øêàëîé, òî íà íèæíþþ ÷àñòü ðîáîòà íàäî íàíåñòè ìåòêó, ñîâïàäàþùóþ ñ âåðòèêàëüíîé îñüþ ëèíçû ïðèåìíèêà äàëüíîìåðà. Íåñîáëþäåíèå ïåðå÷èñëåííûõ âûøå òðåáî-
16
âàíèé íå ïîçâîëèò îòêàëèáðîâàòü äàëüíîìåð ñ âûñîêîé òî÷íîñòüþ. Öâåò ïîâåðõíîñòè ïðåïÿòñòâèÿ íå èìååò îñîáîãî çíà÷åíèÿ. Íàìè èñïîëüçîâàëñÿ êîðè÷íåâûé óïàêîâî÷íûé êàðòîí. Óñòàíîâêà â êà÷åñòâå ïðåïÿòñòâèÿ áåëîãî êàðòîíà íå îêàçàëà âëèÿíèÿ íà ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé, èëè îíè áûëè òàê ìàëû, ÷òî ìàñêèðîâàëèñü ñëó÷àéíûìè îòêëîíåíèÿìè ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé. Äëÿ èñêëþ÷åíèÿ ïîìåõ âõîä ïî ïèòàíèþ äàëüíîìåðà ñëåäóåò øóíòèðîâàòü êîíäåíñàòîðîì 1000 – 3300 ìèêðîôàðàä, ïðèïàÿííûì â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò ðàçúåìà äàëüíîìåðà. Ïðîâîä, âåäóùèé ñ âûõîäà äàëüíîìåðà ê ñîîòâåòñòâóþùåìó âõîäó ìèêðîêîíòðîëëåðà, æåëàòåëüíî ýêðàíèðîâàòü. Ýòè ìåðû îáÿçàòåëüíû, åñëè âïîñëåäñòâèè âû áóäåòå âûïîëíÿòü èçìåðåíèÿ ïðè ðàáîòàþùèõ êîëëåêòîðíûõ äâèãàòåëÿõ, íàïðèìåð âî âðåìÿ äâèæåíèÿ. Ïèòàòü äàëüíîìåð íóæíî îò ñòàáèëèçèðîâàííîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ +5 Â. Ïðîãðàììà êàëèáðîâêè íàïèñàíà íà áàçîâîì JavaScript è ìîæåò áûòü ëåãêî ïîðòèðîâàíà íà äðóãèå ÿçûêè ïðîãðàììèðîâàíèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ, äîïîëíåíà è óëó÷øåíà çíàòîêàìè.  íàøåì ñëó÷àå ïðîãðàììà èñïîëíÿåòñÿ íà ìèêðîêîíòðîëëåðå Iskra JS â ñðåäå ïðîãðàììèðîâàíèÿ è îòëàäêè Espruino IDE (Native) äëÿ Windows èëè Espruino Web IDE.  ïðèëîæåíèè ïðåäñòàâëåí ëèñòèíã ïðîãðàììû êàëèáðîâêè – “calibr.js”. Ïåðåä çàïóñêîì ïðîãðàììû íóæíî âíåñòè èçìåíåíèå â êîíñòàíòû: âûáðàòü êîëè÷åñòâî èçìåðåíèé â ñåðèè, ÷èñëî ñòóïåíåé ïðåîáðàçîâàíèÿ ÀÖÏ, à òàêæå íà÷àëüíóþ è êîíå÷íóþ äèñòàíöèþ. Äëÿ íà÷àëà êàëèáðîâêè, ïîìåñòèòå ïðåïÿòñòâèå íà îòìåòêó 20 ñì è âûçîâèòå èçìåðåíèå ðàññòîÿíèÿ êîìàíäîé start(20) â êîíñîëè. Çàòåì ïåðåìåñòèòå ïðåïÿòñòâèå íà îòìåòêó 30 ñì, ââåäèòå êîìàíäó start(30) è òàê äàëåå. Åñëè âû ñëó÷àéíî îøèáåòåñü è, ïåðåìåñòèâ ïðåïÿòñòâèå, ââåäåòå êîìàíäó start c ïðåäûäóùèì çíà÷åíèåì, òî íè÷åãî ñòðàøíîãî, – íå íóæíî íà÷èíàòü ïðîöåññ êàëèáðîâêè çàíîâî. Ïðîñòî ïåðåìåñòèòå ïðåïÿòñòâèå íà ïðåäûäóùóþ îòìåòêó è ïîâòîðèòå èçìåðåíèå, çàòåì ïðîäîëæàéòå êàëèáðîâêó. Íà ïîñëåäíåì øàãå óñòàíîâèòå ïðåïÿòñòâèå íà îòìåòêå 150 ñì è ââåäèòå êîìàíäó start(150), ïîñëå ÷åãî ïðîãðàììà ñîîáùèò î çàâåðøåíèè öèêëà êàëèáðîâêè è âûâåäåò íà
ÑÒÀÒÜÈ
Ðèñóíîê 4. Ðåçóëüòàò ïðîãðàììû êàëèáðîâêè: 1 ñòîëáåö – ðàññòîÿíèå äî ïðåïÿòñòâèÿ â ñàíòèìåòðàõ, 2 ñòîëáåö – ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äàëüíîìåðà â ì äëÿ äàííîãî èíòåðâàëà, 3 ñòîëáåö – ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ äàëüíîìåðà â ì äëÿ äàííîãî èíòåðâàëà, 4 ñòîëáåö – êîýôôèöèåíò êîððåêöèè Ê äëÿ íà÷àëà èíòåðâàëà, 5 ñòîëáåö – êîýôôèöèåíò êîððåêöèè Ê äëÿ êîíöà èíòåðâàëà.
ýêðàí òàáëèöó êîððåêöèè â ôîðìå ìàññèâà, íàïðèìåð òàêîãî, êàê ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 4. Ýòîò ìàññèâ íóæíî ñêîïèðîâàòü â áóôåð îáìåíà è ñîõðàíèòü â òåêñòîâîé ôîðìå äëÿ äàëüíåéøåé âñòàâêè â ïðîãðàììó èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèÿ.
Ïðîãðàììà èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì êàëèáðîâî÷íîé òàáëèöû íàçûâàåòñÿ “locator.js”. Ïðîãðàììà èìååò áëîê êîíñòàíò, ãäå âû ìîæåòå ââåñòè êîëè÷åñòâî èçìåðåíèé â ñåðèè, êîòîðîå äîëæíî áûòü ðàâíî êîëè÷åñòâó èçìåðåíèé ïðè êàëèáðîâêå.  ñïåöèàëüíî ïîìå÷åííûé áëîê íóæíî âñòàâèòü ìàññèâ, ïîëó÷åííûé â ðåçóëüòàòå ðàáîòû ïðîãðàììû êàëèáðîâêè. Ôóíêöèÿ èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèÿ äî ïðåïÿòñòâèÿ âûçûâàåòñÿ êîìàíäîé locator() èç êîíñîëè.
Çàêëþ÷åíèå  ñòàòüå ðàññìîòðåíû ðåçóëüòàòû òåñòèðîâàíèÿ èíôðàêðàñíûõ àíàëîãîâûõ äàëüíîìåðîâ ôèðìû SHARP è äàíû ïðàêòè÷åñêèå ðåêîìåíäàöèè ïî èõ êàëèáðîâêå. Èñïîëüçîâàíèå êàëèáðîâî÷íîé òàáëèöû íå óñëîæíÿåò ïðîöåññà èçìåðåíèÿ è îáåñïå÷èâàåò ïðèåìëåìóþ äëÿ ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ òî÷íîñòü âî âñåì äèàïàçîíå èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèé, çàÿâëåííûõ ïðîèçâîäèòåëåì. ÐË
Èñòî÷íèêè 1. ÈÊ-äàëüíîìåðû SHARP
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Iskra JS
Çàãðóçêè Ïðîãðàììû íà ÿçûêå JàvaScript äëÿ ìèêðîêîíòðîëëåðà Iskra JS
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
17
Êàê ðàáîòàþò èìïóëüñíûå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ ãèñòåðåçèñíûì óïðàâëåíèåì Àëåêñàíäð Ðóñó, Îäåññà, Óêðàèíà
Ï
Ïðàâèëüíîå óïðàâëåíèå ïðîöåññîì èìïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè òàê æå âàæíî, êàê òî÷íûé ðàñ÷åò ðåæèìîâ è êîððåêòíûé âûáîð êîìïîíåíòîâ ñèëîâîé ÷àñòè.  ïðåäûäóùèõ ñòàòüÿõ, ïîñâÿùåííûõ ýòîìó âîïðîñó [1, 2], áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ïðè èçìåíåíèÿõ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è òîêà íàãðóçêè ìîãóò ïðèâåñòè ê íåñòàáèëüíîé ðàáîòå ïîäêëþ÷àåìîãî îáîðóäîâàíèÿ è äàæå âûâåñòè åãî èç ñòðîÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, êîíòðîëëåð èìïóëüñíîãî ïðåîáðà-
Ñèëîâàÿ ÷àñòü
iL1(t)
L1
VT1
çîâàòåëÿ äîëæåí ÷åòêî «ïîíèìàòü» ÷òî ïðîèñõîäèò â ñèñòåìå è áûñòðî ðåàãèðîâàòü íà ïðîèñõîäÿùèå ñîáûòèÿ.  ýòîé ñòàòüå áóäóò ðàññìîòðåíû îñîáåííîñòè èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè, ðàáîòàþùèõ ïî ãèñòåðåçèñíûì ïðèíöèïàì óïðàâëåíèÿ. Îäíàêî ïðè ðàññìîòðåíèè ýòîãî âîïðîñà íå ñëåäóåò çàáûâàòü, ÷òî ïåðåõîäíûå ïðîöåññû â ñèëîâîé ÷àñòè è ïðèíöèïû ïðåîáðàçîâàíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè íå çàâèñÿò îò ìåòîäà óïðàâ-
vOUT(t)
Çîíà ãèñòåðåçèñà êîìïàðàòîðà
VOUT_MAX
vIN(t)
C1
C2
VD1
Äðàéâåð
vOUT(t)
Âûõîä
Âõîä
VOUT_MIN t iL1(t)
t vS1(t)
DA1 vS1(t)
R2 VREF
Êîíòðîëëåð
R1
Ðåçèñòîðû ÏÎÑ
t t1
t2
t1
t2
t1
t2
Ðèñóíîê 1. Ïîíèæàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ ãèñòåðåçèñíûì ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ.
18
ÑÒÀÒÜÈ
vOUT(t)
vOUT(t)
Íàãðóçêà 100%
VOUT_MAX
VOUT_MAX
VOUT_MIN
VOUT_MIN
Íàãðóçêà 1%
t iL1(t)
t iL1(t)
t iS1(t)
t iS1(t)
t t1
t2
t1
t2
t1
t2
t t1 t2
t1 t2
Ðèñóíîê 2. Äèàãðàììû ðàáîòû ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ ãèñòåðåçèñíûì ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ ïðè ðàçëè÷íûõ òîêàõ íàãðóçêè.
ëåíèÿ, ïîýòîìó ïåðåä ïðî÷òåíèåì ýòîé ñòàòüè âñå æå ëó÷øå îçíàêîìèòüñÿ ñ ìàòåðèàëàìè [1] è [2], óæå îïóáëèêîâàííûìè â æóðíàëå «ÐàäèîËîöìàí».
Ïðèíöèï ãèñòåðåçèñíîãî óïðàâëåíèÿ Ãèñòåðåçèñíûé ìåòîä óïðàâëåíèÿ ïîçâîëÿåò ñîçäàòü ñàìóþ ïðîñòóþ ñõåìó óïðàâëåíèÿ èìïóëüñíûì ïðåîáðàçîâàòåëåì, êîòîðàÿ âîîáùå ìîæåò ôèçè÷åñêè ñóùåñòâîâàòü, âåäü â ýòîì ñëó÷àå äëÿ ðåàëèçàöèè êîíòðîëëåðà äîñòàòî÷íî åäèíñòâåííîãî êîìïàðàòîðà DA1, ñðàâíèâàþùåãî íàïðÿæåíèå íà âûõîäå ñ íåêîòîðûì ýòàëîííûì çíà÷åíèåì VREF (Ðèñóíîê 1). Ïðèíöèï ðàáîòû ýòîé ñèñòåìû òàêæå ïðåäåëüíî ïðîñò. Óñëîâèåì íà÷àëà íîâîãî öèêëà ïðåîáðàçîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ óìåíüøåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ íèæå çíà÷åíèÿ VOUT_MIN.  ýòîì ñëó÷àå êîìïàðàòîð DA1 îòêðîåò òðàíçèñòîð VT1, ÷òî ïî÷òè ñðàçó ïðèâåäåò ê óâåëè÷åíèþ VOUT. Êàê òîëüêî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå äîñòèãíåò óðîâíÿ VOUT_MAX, êîìïàðàòîð DA1 çàêðîåò òðàíçèñòîð VT1, è ðîñò âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ÷åðåç íåêîòîðîå âðåìÿ ïðåêðàòèòñÿ. Öèêë ïðåîáðàçîâàíèÿ â ýòîì ñëó÷àå äåëèòñÿ íà äâà ýòàïà. Íà ïåðâîì ýòàïå ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ t1 òðàíçèñòîð VT1 îòêðûò, è êîëè÷åñòâî ýíåðãèè è â äðîññåëå L1, è â êîíäåíñàòîðå C2 âîçðàñòàåò. Íà âòîðîì ýòàïå ïðîäîëæèòåëüíîñòüþ t2 äðîññåëü L1 ïåðåäàåò ýíåðãèþ â êîíäåíñàòîð C2 è íàãðóçêó.  ýòîì ñîñòîÿíèè ñõåìà áóäåò íàõîäèòüñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà èëè âñÿ íàêîïëåííàÿ ýíåðãèÿ íå áóäåò ïåðåäàíà â êîíäåíñàòîð C2, èëè íå íà÷íåòñÿ íîâûé öèêë ïðåîáðàçîâàíèÿ.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Âðåìÿ íà÷àëà ñëåäóþùåãî öèêëà ïðåîáðàçîâàíèÿ çàâèñèò îò ñêîðîñòè ïîòðåáëåíèÿ ýíåðãèè íàãðóçêîé. Ïðè íåáîëüøèõ âûõîäíûõ òîêàõ êîíäåíñàòîð C2 áóäåò ðàçðÿæàòüñÿ äîëãî, ïîýòîìó ìåæäó öèêëàìè ïðåîáðàçîâàíèÿ ìîæåò ïðîéòè äîñòàòî÷íî äëèòåëüíîå âðåìÿ. Ñèëîâàÿ ÷àñòü ïðè ýòîì áóäåò ðàáîòàòü â ðàçðûâíîì ðåæèìå, õîòÿ îí áîëüøå ïîõîæ íà ðåæèì ïðîïóñêà èìïóëüñîâ èëè íà «èêàþùèé» ðåæèì (Ðèñóíîê 2). À âîò ïðè áîëüøèõ âûõîäíûõ òîêàõ êîíäåíñàòîð C2 ìîæåò ðàçðÿäèòüñÿ íàñòîëüêî áûñòðî, ÷òî íàïðÿæåíèå íà íåì óìåíüøèòñÿ äî VOUT_MIN åùå äî òîãî, êàê òîê äðîññåëÿ L1 äîñòèãíåò íóëåâîãî çíà÷åíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ñèëîâàÿ ÷àñòü ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïåðåéäåò â áåçðàçðûâíûé ðåæèì, õàðàêòåðíûé äëÿ ðàáîòû ïðè áîëüøèõ íàãðóçêàõ. Î÷åâèäíî, ÷òî íàïðÿæåíèÿ VOUT_MIN è VOUT_MAX äîëæíû îòëè÷àòüñÿ, èíà÷å êîìïàðàòîð âìåñòå ñ ñèëîâûì òðàíçèñòîðîì ïåðåéäóò â ðåæèì óñèëåíèÿ, è âìåñòî èìïóëüñíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìû ïîëó÷èì îáû÷íûé êîìïåíñàöèîííûé ñòàáèëèçàòîð. Íàëè÷èå ïóëüñàöèé íàïðÿæåíèÿ íà âõîäå êîìïàðàòîðà ÿâëÿåòñÿ îòëè÷èòåëüíîé îñîáåííîñòüþ âñåõ ãèñòåðåçèñíûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ. Äëÿ ðàçäåëåíèÿ óðîâíåé VOUT_MIN è VOUT_MAX èñïîëüçóþò êîìïàðàòîðû, îõâà÷åííûå ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçüþ, ïðèâîäÿùåé ê ïîÿâëåíèþ ãèñòåðåçèñà ïðè ïåðåêëþ÷åíèè, ïîýòîìó ïîäîáíûå ìåòîäû óïðàâëåíèÿ è ïîëó÷èëè íàçâàíèå «ãèñòåðåçèñíûõ». Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íè÷åì íå îãðàíè÷åíî, à äîñòèæåíèå èì âåðõíåãî ïîðîãà VOUT_MAX ÿâëÿåòñÿ ëèøü óñëî-
19
Óìåíüøåíèå âûõîäíîãî òîêà
iOUT(t)
Óâåëè÷åíèå âûõîäíîãî òîêà
iOUT(t)
t
vOUT(t)
t
vOUT(t)
VOUT_MAX
VOUT_MAX
VOUT_MIN
VOUT_MIN t
iL1(t)
t iL1(t)
t iS1(t)
t iS1(t) t
t t1
t2
t1
t2
t1 t2
t1 t2
t1
t2 t1
Ðèñóíîê 3. Ïåðåõîäíûå ïðîöåññû â ïðåîáðàçîâàòåëå ïðè èçìåíåíèè òîêà íàãðóçêè.
âèåì çàâåðøåíèÿ ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ, ïîñëå ÷åãî îíî ìîæåò ïðîäîëæàòü ðàñòè íà âòîðîì ýòàïå. Ïðè ðåçêîì óìåíüøåíèè âûõîäíîãî òîêà ýòî îáÿçàòåëüíî ïðåïîäíåñåò íåïðèÿòíûé ñþðïðèç â âèäå ñêà÷êà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 3), ïîýòîìó åìêîñòü êîíäåíñàòîðà C2 äîëæíà áûòü äîñòàòî÷íîé äëÿ ïîãëîùåíèÿ âñåé ýíåðãèè, íàêîïëåííîé â äðîññåëå L1, áåç êàòàñòðîôè÷åñêèõ ïîñëåäñòâèé äëÿ ïîäêëþ÷åííîé íàãðóçêè. Ñàìîå èíòåðåñíîå, ÷òî ïîäîáíàÿ ðåàêöèÿ íà êîëåáàíèÿ òîêà íàãðóçêè ïîçèöèîíèðóåòñÿ íå êàê íåäîñòàòîê, à íàîáîðîò, êàê äîñòîèíñòâî, âåäü êîíòðîëëåðû, îñíîâàííûå íà äðóãèõ ïðèíöèïàõ óïðàâëåíèÿ, íàïðèìåð, ñ «êëàññè÷åñêèì» ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ, èìåþò â ïîäîáíûõ ñèòóàöèÿõ
vIN(t)
Óâåëè÷åíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
ãîðàçäî áîëüøåå âðåìÿ ðåàêöèè è, ñîîòâåòñòâåííî, ãîðàçäî áîëüøèé óðîâåíü êîëåáàíèé âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Åùå áûñòðåå ãèñòåðåçèñíûé êîíòðîëëåð ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ îòðåàãèðóåò íà èçìåíåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VIN (Ðèñóíîê 4). Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî êîíäåíñàòîð C2 ó÷àñòâóåò â ýíåðãåòè÷åñêèõ ïðîöåññàõ íà îáîèõ ýòàïàõ ïðåîáðàçîâàíèÿ, ïîýòîìó íåçàâèñèìî îò òîãî, êîãäà è êàê èçìåíèëîñü âõîäíîå íàïðÿæåíèå, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îñòàíåòñÿ ïðàêòè÷åñêè â òåõ æå ïðåäåëàõ, ÷òî è äî íà÷àëà ïåðåõîäíîãî ïðîöåññà (ðàçóìååòñÿ, åñëè íàïðÿæåíèå íà âõîäå íå âûõîäèëî çà ïðåäåëû ðàáî÷åãî äèàïàçîíà). Èòàê, âñå ãèñòåðåçèñíûå ìåòîäû óïðàâëåíèÿ èìåþò îäíî ãëàâíîå ïðåèìóùåñòâî –
vIN(t)
Óìåíüøåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
t
t
vOUT(t)
vOUT(t)
VOUT_MAX
VOUT_MAX
VOUT_MIN
VOUT_MIN t
vS1(t)
t vS1(t)
t t1
t2
t1
t2
t1
t2
t1 t2
t t1
t2
t1
t2
t1
t2
Ðèñóíîê 4. Ïåðåõîäíûå ïðîöåññû â ïðåîáðàçîâàòåëå ïðè èçìåíåíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.
20
ÑÒÀÒÜÈ
âûñîêîå áûñòðîäåéñòâèå. Èõ ðåàêöèÿ íà èçìåíåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è òîêà íàãðóçêè ïî÷òè ñîîòâåòñòâóåò èäåàëüíîé ðåàêöèè íà ïåðåõîäíûå ïðîöåññû, îïðåäåëåííîé â [1], îäíàêî ïîïûòêà ñîçäàòü ðåàëüíóþ ñõåìó óïðàâëåíèÿ íà îñíîâå åäèíñòâåííîãî êîìïàðàòîðà âðÿä ëè óâåí÷àåòñÿ óñïåõîì, âåäü, êðîìå äîñòîèíñòâ, ó ýòîãî ìåòîäà åñòü åùå è íåäîñòàòêè. Îñíîâíûì íåäîñòàòêîì ñõåìû óïðàâëåíèÿ, ïîêàçàííîé íà Ðèñóíêå 1, ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî åå ìîæíî èñïîëüçîâàòü òîëüêî â ïðåîáðàçîâàòåëÿõ íà îñíîâå ïîíèæàþùåé ñõåìû, ïîòîìó ÷òî òîëüêî ó ñèëîâîé ÷àñòè ýòîãî òèïà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íà ïåðâîì ýòàïå ïðåîáðàçîâàíèÿ ìîæåò óâåëè÷èâàòüñÿ. Äëÿ ñõåì, ó êîòîðûõ íàêîïèòåëüíûé äðîññåëü íà ïåðâîì ýòàïå îòêëþ÷åí îò âûõîäà (ïîâûøàþùàÿ, èíâåðòèðóþùàÿ, îáðàòíîõîäîâàÿ ñõåìà), ýòîò ìåòîä â îðèãèíàëüíîì âèäå èñïîëüçîâàòü íåëüçÿ, ïîñêîëüêó íà ïåðâîì ýòàïå ïðåîáðàçîâàíèÿ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå áóäåò óìåíüøàòüñÿ è íèêîãäà íå äîñòèãíåò çíà÷åíèÿ VOUT_MAX. Åùå îäèí íåäîñòàòîê çàêëþ÷àåòñÿ â «ïëàâàþùèõ» ìîìåíòàõ ïåðåêëþ÷åíèé òðàíçèñòîðà, ÷òî ìîæåò áûòü êðèòè÷íî äëÿ íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèé. Íàïðèìåð, â òåëåâèçîðàõ è ìîíèòîðàõ íà îñíîâå ýëåêòðîííî-ëó÷åâîé òðóáêè ñèíõðîíèçàöèÿ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ñ ÷àñòîòîé ñòðî÷íîé ðàçâåðòêè ïîçâîëÿëà çíà÷èòåëüíî óìåíüøèòü óðîâåíü ïîìåõ íà ýêðàíå. Î÷åâèäíî, ÷òî ïðè ãèñòåðåçèñíîì ìåòîäå ìîìåíòû ïåðåêëþ÷åíèé òðàíçèñòîðà ïðåäÑèëîâàÿ ÷àñòü
Ìåòîäû óïðàâëåíèÿ ñ îãðàíè÷åííîé äëèòåëüíîñòüþ ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ Èòàê, ÷òîáû íå ïðåîáðàçîâûâàòü ýíåðãèþ ïî ïðèíöèïó «îòñþäà è äî îáåäà» è ïðåäîòâðàòèòü âîçìîæíûé âûõîä èç ñòðîÿ ñèëîâîé ÷àñòè â ñõåìó Ðèñóíêà 1 ââîäèòñÿ îãðàíè÷èòåëü âðåìåíè âêëþ÷åíèÿ òðàíçèñòîðà.  òåõ-
iL1(t)
L1
VT1
ñêàçàòü íåâîçìîæíî, ïîýòîìó ýòîò ñïîñîá óïðàâëåíèÿ â ïîäîáíûõ ïðèëîæåíèÿõ ëó÷øå íå èñïîëüçîâàòü. Íå ñëåäóåò òàêæå çàáûâàòü, ÷òî åñëè çàêîðîòèòü âûõîä òàêîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, òî ñèëîâàÿ ÷àñòü ñ áîëüøîé âåðîÿòíîñòüþ âûéäåò èç ñòðîÿ. Äåéñòâèòåëüíî, â ýòîì ñëó÷àå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå âñåãäà áóäåò ìåíüøå è VOUT_MIN, è VOUT_MAX, ïîýòîìó òðàíçèñòîð VT1 áóäåò îòêðûò âñåãäà, è åãî òîê î÷åíü áûñòðî äîñòèãíåò îïàñíûõ çíà÷åíèé. Òàêèì îáðàçîì, íåñìîòðÿ íà ïðîñòîòó è âûñîêóþ ñêîðîñòü ðåàêöèè, ñõåìà Ðèñóíêà 1 â òàêîì âèäå ïðàêòè÷åñêè íå èñïîëüçóåòñÿ è ñëóæèò îáû÷íî ëèøü äëÿ èëëþñòðàöèè ïðèíöèïîâ ðàáîòû ãèñòåðåçèñíûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ. Î÷åâèäíî, ÷òî äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ðåàëüíûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ íåëüçÿ îòêðûâàòü òðàíçèñòîð VT1 íà íåîãðàíè÷åííî äîëãîå âðåìÿ, ïîýòîìó ïåðâîé ìîäèôèêàöèåé äàííîãî ìåòîäà, ïîçâîëèâøåé íàêîíåö-òî âîïëîòèòü åãî â ðåàëüíûõ êîíòðîëëåðàõ, è ñòàëà ôóíêöèÿ îãðàíè÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ.
vOUT(t) VOUT_MAX
vIN(t)
C1 Äðàéâåð
vS1(t) Îäíîâèáðàòîð tON
C2
VD1
vOUT(t)
DA1 &
Âûõîä
Âõîä
VOUT_MIN t iL1(t)
t
vS1(t) VREF
Îäíîâèáðàòîð tOFF
t
Êîíòðîëëåð
tON
tOFF
tON
tOFF
tON
t2 > tOFF
tON
Ðèñóíîê 5. Ïîíèæàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü ñ ãèñòåðåçèñíûì ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ ñ ïîñòîÿííûì âðåìåíåì âêëþ÷åíèÿ òðàíçèñòîðà tON.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
21
íè÷åñêîé ëèòåðàòóðå ýòîò ìåòîä ïîëó÷èë íàçâàíèå «ìåòîä óïðàâëåíèÿ ñ ïîñòîÿííûì âðåìåíåì âêëþ÷åíèÿ (èëè ñ ïîñòîÿííîé äëèòåëüíîñòüþ îòêðûòîãî ñîñòîÿíèÿ) òðàíçèñòîðà», õîòÿ ìíîãèå àâòîðû ïðåäïî÷èòàþò èñïîëüçîâàòü àíãëîÿçû÷íîå ñîêðàùåíèå COT (Constant On-Time) áåç óêàçàíèÿ êàêèõëèáî ïîäðîáíîñòåé. Êëþ÷åâûì ýëåìåíòîì ñõåìû óïðàâëåíèÿ òåïåðü ñòàíîâèòñÿ îäíîâèáðàòîð ñ ôèêñèðîâàííîé äëèòåëüíîñòüþ èìïóëüñà tON (Ðèñóíîê 5), çàïóñêàåìûé êîìïàðàòîðîì â ñëó÷àå, åñëè âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ VOUT_MIN. Òàêîé êîíòðîëëåð óæå ìîæåò ðàáîòàòü ñ ëþáîé ñõåìîé ñèëîâîé ÷àñòè, ïîñêîëüêó îãðàíè÷åíèå ìàêñèìàëüíîé äëèòåëüíîñòè ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ òåïåðü ïîçâîëÿåò ãàðàíòèðîâàííî ïîïîëíÿòü ýíåðãèåé âûõîäíîé êîíäåíñàòîð C2, äàæå åñëè âûõîäíîå íàïðÿæåíèå åùå íå äîñòèãëî ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ VOUT_MAX. Îäíàêî äëÿ ïåðåäà÷è ýíåðãèè èç äðîññåëÿ L1 â êîíäåíñàòîð C2 òàêæå òðåáóåòñÿ âðåìÿ, ïîýòîìó íàðÿäó ñ îãðàíè÷åíèåì äëèòåëüíîñòè âêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ òðàíçèñòîðà tON íåîáõîäèìî åùå è ñëåäèòü çà äëèòåëüíîñòüþ åãî âûêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ tOFF. Òîëüêî åñëè tON òåïåðü æåñòêî çàäàåòñÿ, òî tOFF äîëæíî áûòü íå ìåíüøå íåêîòîðîãî ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ, ÷òîáû óñïåòü çà ýòî âðåìÿ ïåðåäàòü â âûõîäíîé êîíäåíñàòîð õîòü êàêóþ-òî ÷àñòü ýíåðãèè. Îáðàòèòå âíèìàíèå íà ñâÿçü çíà÷åíèé tON è tOFF ñ äëèòåëüíîñòÿìè ýòàïîâ ïðåîáðàçîâàíèÿ t1 è t2. Åñëè ïåðâûé ýòàï âñåãäà äëèòñÿ tON
vOUT(t)
(t1 = tON), òî ïðîäîëæèòåëüíîñòü âòîðîãî ýòàïà ïðèíóäèòåëüíî óñòàíàâëèâàåòñÿ ðàâíîé tOFF òîëüêî â îñîáûõ ðåæèìàõ, íàïðèìåð, ïðè çàïóñêå ïðåîáðàçîâàòåëÿ, êîãäà ê êîíöó âòîðîãî èíòåðâàëà ïðåîáðàçîâàíèÿ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìåíüøå ìèíèìàëüíîãî ïîðîãà VOUT_MIN (Ðèñóíîê 5). À â íîðìàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû îíà çàâèñèò òîëüêî îò ñîîòíîøåíèÿ ñêîðîñòåé îáìåíà ýíåðãèåé ìåæäó äðîññåëåì L1, êîíäåíñàòîðîì C2 è íàãðóçêîé. Ïîýòîìó ïðè ðàáîòå â áåçðàçðûâíîì ðåæèìå îáû÷íî t2 > tOFF, à â ðåæèìå ëåãêèõ íàãðóçîê, êîãäà âûõîäíîå íàïðÿæåíèå áóëüøóþ ÷àñòü âðåìåíè áîëüøå VOUT_MAX, äèîä VD1 îòêëþ÷àåò äðîññåëü L1 îò êîíäåíñàòîðà C2 íàìíîãî ðàíüøå âðåìåíè tOFF, ïîýòîìó â ðàçðûâíîì ðåæèìå îáû÷íî t2 < tOFF (Ðèñóíîê 6). Îäíàêî åñëè äëèòåëüíîñòü ïåðâîãî èíòåðâàëà ïðåîáðàçîâàíèÿ ôèêñèðîâàíà, òî ÷åìó îíà äîëæíà áûòü ðàâíà? Òåîðåòè÷åñêèé àíàëèç [1, 2] ïîêàçûâàåò, ÷òî îò âåëè÷èíû t1 çàâèñÿò äâà êëþ÷åâûõ ïàðàìåòðà: ñîîòíîøåíèå íàïðÿæåíèé íà âõîäå VIN è âûõîäå VOUT è êîëè÷åñòâî íàêàïëèâàåìîé â äðîññåëå L1 ýíåðãèè. Ñ ñîîòíîøåíèåì íàïðÿæåíèé VIN/VOUT âñå ïîíÿòíî – îíî çàâèñèò òîëüêî îò ïàðàìåòðîâ êîìïîíåíòîâ è âåëè÷èíû t1/t2. À ïîñêîëüêó ìû óæå âûÿñíèëè, ÷òî â íîðìàëüíîì ðåæèìå ðàáîòû äëèòåëüíîñòü âòîðîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ t2 ìîæåò áûòü ëþáîé, òî ïðè èçìåíåíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðîèçîéäåò àâòîìàòè÷åñêîå èçìåíåíèå t2 òàê, ÷òîáû ñîîòíîøåíèå íàïðÿæåíèé t1/t2 íàèëó÷øèì îáðàçîì ñîîòâåòñòâîâàëî òåêóùåìó âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ
vOUT(t)
t2 > tOFF
VOUT_MAX
VOUT_MAX
VOUT_MIN
VOUT_MIN
t2 < tOFF
t iL1(t)
t iL1(t)
tOFF
tOFF
tOFF
tOFF t
iS1(t)
t iS1(t)
t tON
t2
tON
t2
tON
t tON
t2
tON
t2
tON
Ðèñóíîê 6. Äëèòåëüíîñòü âòîðîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ t2 ïðè ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ ðàáîòû ñèëîâîé ÷àñòè ïðåîáðàçîâàòåëÿ.
22
ÑÒÀÒÜÈ
vIN(t)
vIN(t)
Óâåëè÷åíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
Óìåíüøåíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ
t
t
vOUT(t)
vOUT(t)
VOUT_MAX
VOUT_MAX
VOUT_MIN
VOUT_MIN t
iL1(t)
t iL1(t)
IOUT t
iS1(t)
tOFF
tOFF
IOUT t
iS1(t)
t tON
t2
tON
t2
tON
t tON
t2
t2
tON
t2
tON
t2 tON t2
Ðèñóíîê 7. Ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ ôèêñèðîâàííûì çíà÷åíèåì tON ïðè èçìåíåíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.
VIN (Ðèñóíîê 7). Îäíàêî ïðè ýòîì «ïîïëûâåò» è ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèé, âåäü äëèòåëüíîñòü öèêëà ïðåîáðàçîâàíèÿ T ðàâíà ñóììå äëèòåëüíîñòåé åãî ýòàïîâ (T = t1 + t2). Ïîýòîìó ïðè óâåëè÷åíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ÷àñòîòà ïåðåêëþ÷åíèé áóäåò óìåíüøàòüñÿ. Áîëåå ñåðüåçíûå ïðîáëåìû ïðè óâåëè÷åíèè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ìîãóò âîçíèêíóòü â ðåæèìå ëåãêèõ íàãðóçîê. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî êîëè÷åñòâî ýíåðãèè, íàêàïëèâàåìîé â äðîññåëå, WL1 ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíî è âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ VIN è äëèòåëüíîñòè tON [1, 2]. Ïîýòîìó ïðè ôèêñèðîâàííîì çíà÷åíèè vIN(t)
tON óâåëè÷åíèå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ â ðåæèìå ëåãêèõ íàãðóçîê ïðèâåäåò è ê óâåëè÷åíèþ óðîâíÿ ïóëüñàöèé íà âûõîäå, è ê óìåíüøåíèþ èõ ÷àñòîòû (Ðèñóíîê 8), ÷òî ìîæåò ïîòðåáîâàòü óñòàíîâêè íà ñèëîâûõ øèíàõ äîïîëíèòåëüíûõ ñãëàæèâàþùèõ ôèëüòðîâ è äàæå ñóïðåññîðîâ. Òàêèì îáðàçîì, æåñòêàÿ ôèêñàöèÿ äëèòåëüíîñòè ïåðâîãî ýòàïà tON ïðåîáðàçîâàíèÿ ÿâëÿåòñÿ íå ñàìîé ëó÷øåé èäååé óæå õîòÿ áû ïîòîìó, ÷òî ýòî ýêâèâàëåíòíà ïðèâÿçêå ÷àñòîòû ïåðåêëþ÷åíèé ê êîíêðåòíîìó çíà÷åíèþ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ áåç âîçìîæíîñòè åãî vIN(t)
VIN = VIN_MIN
t
vOUT(t)
VIN = VIN_MAX
t
vOUT(t)
VOUT_MAX
VOUT_MAX
VOUT_MIN
VOUT_MIN t
iL1(t)
tOFF
t
tOFF
iL1(t) IOUT
IOUT t
iS1(t)
t
iS1(t)
t tON
t2
tON
t2
tON
t2
t tON
t2
tON
t2
Ðèñóíîê 8. Ïåðåõîäíûå ïðîöåññû ïðåîáðàçîâàòåëÿ ñ ôèêñèðîâàííûì çíà÷åíèåì tON â ðåæèìå ëåãêèõ íàãðóçîê.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
23
D-CAP
COT + Input Voltage Feed Forward
C2
VD1
Äðàéâåð
vOUT(t)
Âõîä
C1
L1
VT1
Âûõîä
Âõîä
vIN(t)
Ñèëîâàÿ ÷àñòü
L1
C1
vIN(t)
VD1
Äðàéâåð
DA1
Q
S
Q
R
VREF
Ðåãóëèðóåìûé îäíîâèáðàòîð
VIN
C2
vOUT(t)
DA1
&
Êîíòðîëëåð
Âûõîä
Ñèëîâàÿ ÷àñòü VT1
×àñòîòà
VOUT
Q
S
Q
R
VREF
&
Ðåãóëèðóåìûé îäíîâèáðàòîð
Êîíòðîëëåð
×àñòîòà
VIN
Ðèñóíîê 9. Ïîíèæàþùèå ïðåîáðàçîâàòåëè ñ ðàçëè÷íûìè ãèñòåðåçèñíûìè ìåòîäàìè óïðàâëåíèÿ.
èçìåíåíèÿ. Ïîýòîìó áóäåò ëó÷øå, åñëè äëèòåëüíîñòü t1 ñäåëàòü çàâèñÿùåé, êàê ìèíèìóì, îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, à êàê ìàêñèìóì – åùå è îò äðóãèõ ïàðàìåòðîâ: íàïðÿæåíèÿ íà âûõîäå, òåìïåðàòóðû è ò.ï.
Input Voltage Feed Forward», à ïðàêòè÷åñêè èäåíòè÷íûé åìó ìåòîä, ïðåäëàãàåìûé Texas Instruments, ïîëó÷èë íàçâàíèå «Direct connection to the output CAPacitor» èëè ñîêðàùåííî D-CAP. Ðàçíèöà ìåæäó ýòîé âåðñèåé COT è D-CAP çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äëèòåëüíîñòü ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè D-CAP çàâèñèò íå òîëüêî îò âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ VIN, íî åùå è îò âûõîäíîãî VOUT (Ðèñóíîê 9).
Èìåííî ïîýòîìó â áîëüøèíñòâå êîíòðîëëåðîâ ñ ãèñòåðåçèñíûì ìåòîäîì óïðàâëåíèÿ äëèòåëüíîñòü ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ àäàïòèâíî èçìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ðàçëè÷íûõ ïàðàìåòðîâ, ïðè÷åì ðàçíûå ïðîèçâîäèòåëè îäíè è òå æå ìåòîäû óïðàâëåíèÿ, èëè, ïî êðàéíåé ìåðå, î÷åíü ïîõîæèå, ìîãóò íàçûâàòü ñîâåðøåííî ïî-ðàçíîìó. Íàïðèìåð, ìåòîä ñ àäàïòèâíî èçìåíÿþùåéñÿ äëèòåëüíîñòüþ tON ïðè èçìåíåíèè VIN â äîêóìåíòàõ National Semiconductor íàçûâàåòñÿ «COT with
Ñèëîâàÿ ÷àñòü L1
VT1
iL1(t)
Ìåòîäû óïðàâëåíèÿ ñ ýìóëÿöèåé ïóëüñàöèé Ïîñëå ïðèíóäèòåëüíîãî îãðàíè÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ïåðâîãî ýòàïà ïðåîáðàçîâàíèÿ ñòàëî âîçìîæíûì èñïîëüçîâàòü ãèñòåðåçèñ-
vS1(t)
iC2(t)
Ñäâèã ôàçû ìåæäó íàïðÿæåíèåì è òîêîì êîíäåíñàòîðà
t
iL1(t)
vIN(t)
C1
RR
vOUT(t)
CAC
Äðàéâåð
C2
VD1
Âûõîä
Âõîä
CR
t
iC2(t)
t
vOUT(t) t vCOMP(t)
vS1(t)
vCOMP(t)
t t1
t2
Ðèñóíîê 10. Ýìóëèðîâàíèå ïóëüñàöèé âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.
24
ÑÒÀÒÜÈ
íûå ìåòîäû óïðàâëåíèÿ òåîðåòè÷åñêè ñ ëþáûì òèïîì ïðåîáðàçîâàòåëÿ, à âîçìîæíîñòü èçìåíåíèÿ ýòîãî ïàðàìåòðà â çàâèñèìîñòè îò çíà÷åíèé VIN è VOUT ïîçâîëèëà íå óòðàòèòü êëþ÷åâîå ïðåèìóùåñòâî ýòèõ ìåòîäîâ – âûñîêóþ ñêîðîñòü ðåàêöèè íà ïåðåõîäíûå ïðîöåññû. Îäíàêî îáÿçàòåëüíîå íàëè÷èå ïóëüñàöèé âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, à äëÿ ñòàáèëüíîé ðàáîòû ñõåìû óïðàâëåíèÿ íàïðÿæåíèå íà âõîäå êîìïàðàòîðà äîëæíî èìåòü ðàçìàõ íå ìåíåå 10…15 ìÂ, âñå åùå ìîæåò îãðàíè÷èâàòü ïðàêòè÷åñêîå èñïîëüçîâàíèå ýòîãî ìåòîäà óïðàâëåíèÿ. Êðîìå òîãî, íàëè÷èå ïóëüñàöèé íå ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü íà âûõîäå êîíäåíñàòîðû ñ ìàëûì ýêâèâàëåíòíûì ïîñëåäîâàòåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì (Equivalent series resistance – ESR). Äåëî â òîì, ÷òî âûõîäíîé êîíäåíñàòîð íà÷èíàåò çàðÿæàòüñÿ, êîãäà òîê äðîññåëÿ ñòàíåò áîëüøå òîêà íàãðóçêè, à ýòî ïðîèñõîäèò ïðèáëèçèòåëüíî â ñåðåäèíå ïåðâîãî èíòåðâàëà ïðåîáðàçîâàíèÿ t1, Ïîýòîìó ïðè ìàëîì ESR ôàêòè÷åñêîå íàïðÿæåíèå íà êîíäåíñàòîðå C2 â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ áóäåò ñìåùåíî ïî ôàçå îòíîñèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, ïîêàçàííîãî íà ïðåäûäóùèõ ðèñóíêàõ (Ðèñóíîê 10). Óâåëè÷åíèå ESR êîíäåíñàòîðà C2 ïîçâîëèò óìåíüøèòü ýòî ñìåùåíèå, à çíà÷èò, óëó÷øèòü ñòàáèëüíîñòü êîíòóðà óïðàâëåíèÿ.
Îäíàêî íàñêîëüêî íàì íåîáõîäèìû ðåàëüíûå ïóëüñàöèè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è ìîæíî ëè êàê-òî îáîéòèñü áåç íèõ? Ïðè èñïîëüçîâàíèè ãèñòåðåçèñíûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ ïóëüñàöèè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ âûïîëíÿþò ôóíêöèþ ñïóñêîâîãî êðþ÷êà, çàïóñêàÿ ìåõàíèçì ïðåîáðàçîâàíèÿ ïðè ïðîñàäêàõ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Íî äëÿ ýòîãî äîñòàòî÷íî çíàòü ñðåäíåå íàïðÿæåíèå íà âûõîäå, à óðîâåíü ïóëüñàöèè ïðè íåîáõîäèìîñòè ìîæíî è ñûìèòèðîâàòü, íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ RC-öåïî÷êè (Ðèñóíîê 10).  ýòîì ñëó÷àå íàïðÿæåíèå vCOMP(t), ïîäàâàåìîå íà êîìïàðàòîð, ñîñòîèò èç äâóõ êîìïîíåíò: ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé, ïðîïîðöèîíàëüíîé âûõîäíîìó íàïðÿæåíèþ VOUT, è ïåðåìåííîãî ïèëîîáðàçíîãî íàïðÿæåíèÿ, ôîðìèðóåìîãî èç íàïðÿæåíèÿ îáìîòîê äðîññåëÿ L1. Ïîäáîðîì ýëåìåíòîâ RR, CR è CAC ìîæíî òàê ñôîðìèðîâàòü íàïðÿæåíèå vCOMP(t), ÷òî îíî áóäåò èìåòü è òðåáóåìóþ àìïëèòóäó, è òðåáóåìûé ôàçîâûé ñäâèã. Ýòî ìåòîä ïîëó÷èë íàçâàíèå Emulated Ripple Mode (ERM). Îí ðåàëèçîâàí âî ìíîãèõ êîíòðîëëåðàõ, ïîçèöèîíèðóþùèõñÿ â êà÷åñòâå îñíîâû äëÿ ñîçäàíèÿ ïðåîáðàçîâàòåëåé, ïðåäíàçíà÷åííûõ äëÿ ðàáîòû ñ áûñòðîìåíÿþùåéñÿ íàãðóçêîé, íàïðèìåð, äëÿ ïèòàíèÿ GSM-ìîäåìîâ, òîê ïîòðåáëåíèÿ êîòîðûõ
D-CAP
D-CAP3
Ñèëîâàÿ ÷àñòü
Äðàéâåð
VD1
C1
C2
Äðàéâåð
CR RR
CR RR
CAC
DA1 Q
S
Q
R
&
Êîíòðîëëåð
CAC
DA1 VREF
Ðåãóëèðóåìûé îäíîâèáðàòîð
VIN
Âûõîä
C2
Âõîä
VD1
C1
L1
VT1
Âûõîä
Âõîä
Ñèëîâàÿ ÷àñòü
L1
VT1
VOUT
×àñòîòà
Q
S
Q
R
&
Êîíòðîëëåð
VREF Ðåãóëèðóåìûé îäíîâèáðàòîð
VIN
VOUT
×àñòîòà
Ðèñóíîê 11. Ïðåîáðàçîâàòåëè íà îñíîâå êîíòðîëëåðîâ D-CAP2 è D-CAP3.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
25
ìîæåò çà íåñêîëüêî ìèëëèñåêóíä èçìåíèòüñÿ íà òðè ïîðÿäêà. Ýëåìåíòû RR, CR è CAC ìîãóò áûòü êàê âíåøíèìè, òàê èíòåãðèðîâàííûìè â ìèêðîñõåìó êîíòðîëëåðà. Íàïðèìåð, â êîíòðîëëåðàõ ëèíåéêè D-CAP2 è D-CAP3 – äàëüíåéøåì ðàçâèòèè ñåìåéñòâà D-CAP (Texas Instruments) – ýëåìåíòû RR, CR è CAC óæå èíòåãðèðîâàíû â êîíòðîëëåð, ÷òî óìåíüøàåò êîëè÷åñòâî âíåøíèõ êîìïîíåíòîâ. Ïðè÷åì â DCAP2 îíè èìåþò ôèêñèðîâàííûå çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëåíèÿ è åìêîñòè, à â D-CAP3 ìîãóò êîíôèãóðèðîâàòüñÿ, íàïðèìåð, ñ ïîìîùüþ 2 èíòåðôåéñîâ I C èëè PMBus (Ðèñóíîê 11).
Çàêëþ÷åíèå Êîíå÷íî, êîíòðîëëåðû èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ñ ãèñòåðåçèñíûìè ìåòîäàìè óïðàâëåíèÿ ñëîæíåå, ÷åì ðèñóíêè, ïðèâåäåííûå â ýòîé ñòàòüå. Íåêîòîðûå ìèêðîñõåìû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé öåëûå âû÷èñëèòåëüíûå êîìïëåêñû, ñáîðêà êîòîðûõ íà äèñêðåòíûõ êîìïîíåíòàõ ïîòðåáîâàëà áû íå îäèí äåñÿòîê êóáè÷åñêèõ äåöèìåòðîâ äðàãîöåííîãî ïðîñòðàíñòâà. Îäíàêî è âîçìîæíîñòè èõ âïå÷àòëÿþò. Íàïðèìåð, ê äâóõêàíàëüíîìó êîíòðîëëåðó TPS53681 (Texas Instruments) ìíîãîôàçíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ ìîæíî ïîäêëþ÷èòü äî âîñüìè ñèëîâûõ êàíàëîâ è îáåñïå-
26
÷èòü íàãðóçêó òîêîì äî 300 À ïðè âûõîäíîì íàïðÿæåíèè îò 0.9 Â. Óïðàâëåíèå òàêîé ñèñòåìîé ýëåêòðîïèòàíèÿ ïðîèçâîäèòñÿ ïî èíòåðôåéñó PMBus, ïîçâîëÿþùåìó è íàñòðàèâàòü ñèñòåìó, è êîíòðîëèðîâàòü åå ñîñòîÿíèå â ðåæèìå ðåàëüíîãî âðåìåíè. Äëÿ óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì ïðåîáðàçîâàíèÿ èñïîëüçóåòñÿ ìåòîä D-CAP+, ÿâëÿþùèéñÿ ìîäèôèêàöèåé D-CAP äëÿ ìíîãîêàíàëüíûõ ìíîãîôàçíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé. È âñå ýòî áûëî ñîçäàíî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ åäèíñòâåííîé öåëè – íàèëó÷øåãî îòêëèêà ñèñòåìû ýëåêòðîïèòàíèÿ íà èçìåíåíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è òîêà íàãðóçêè, ïîñêîëüêó âûñîêîå áûñòðîäåéñòâèå ÿâëÿåòñÿ ãëàâíûì ïðåèìóùåñòâîì ãèñòåðåçèñíûõ ìåòîäîâ óïðàâëåíèÿ. À âîò òàì, ãäå ñòîëü âûñîêîé ñêîðîñòè ðåàêöèè íå íóæíî, ìîæíî èñïîëüçîâàòü è áîëåå ïðîñòûå (è, âîçìîæíî, áîëåå ïîíÿòíûå) ìåòîäû óïðàâëåíèÿ, î êîòîðûõ ïîéäåò ðå÷ü â îäíîé èç ñëåäóþùèõ ïóáëèêàöèé, ïîñâÿùåííûõ ýòîé òåìå. ÐË
Ñïèñîê èñòî÷íèêîâ 1. Ðóñó À.Ï. Îòêóäà ïîÿâëÿþòñÿ ïåðåõîäíûå ïðîöåññû â èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëÿõ ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè. 2. Ðóñó À.Ï. Êàê óïðàâëÿòü èìïóëüñíûìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè // Ðàäèîëîöìàí – 2020. – ¹4. – Ñ.26 – 33.
ÑÒÀÒÜÈ
Óíèâåðñàëüíûé îïòîýëåêòðîííûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê Ïðèâåäåíî îïèñàíèå îïòîýëåêòðîííîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà, ñïîñîáíîãî íà âûáîð âûïîëíÿòü ôóíêöèè áàçîâûõ äâóõâõîäîâûõ ýëåìåíòîâ öèôðîâîé òåõíèêè: È (È-ÍÅ), ÈËÈ (ÈËÈ-ÍÅ), Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ (Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ)
Î
Îïòîýëåêòðîííûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû, õîòÿ è íå âûïóñêàþòñÿ ïðîìûøëåííî, ìîãóò áûòü áåç çàòðóäíåíèé ñèíòåçèðîâàíû èç øèðîêîäîñòóïíûõ äèñêðåòíûõ ýëåìåíòîâ. Òàêèå ýëåìåíòû âûãîäíî îòëè÷àþòñÿ èñêëþ÷èòåëüíîé ïðîñòîòîé, ïîçâîëÿþò ðàçíåñòè âõîäíûå è âûõîäíûå öåïè, îáåñïå÷èâàÿ òåì ñàìûì íàäåæíóþ ãàëüâàíè÷åñêóþ ðàçâÿçêó. Îïòîýëåêòðîííûå ëîãè÷åñêèå ýëåìåíòû ìîãóò èìåòü îòêðûòûå êàíàëû îïòè÷åñêîé ñâÿçè ìåæäó ïåðåäàþùåé è ïðèåìíîé ñòîðîíàìè, ÷òî ñóùåñòâåííî îáîãàùàåò îáëàñòü èõ âîçìîæíîãî ïðàêòè÷åñêîãî ïðèìåíåíèÿ.
Íà Ðèñóíêå 1 ïðèâåäåíà ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà óíèâåðñàëüíîãî îïòîýëåêòðîííîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà, ïîçâîëÿþùåãî â çàâèñèìîñòè îò ñïîñîáà âêëþ÷åíèÿ åãî â ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó âûïîëíÿòü ôóíêöèè äâóõâõîäîâûõ ýëåìåíòîâ È (È-ÍÅ), ÈËÈ (ÈËÈ-ÍÅ), Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ (Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ), èëè, â çàðóáåæíîé òðàíñêðèïöèè, AND (NAND), OR (NOR), XOR (XNOR), ñîîòâåòñòâåííî. Âõîäíàÿ (ïåðåäàþùàÿ) ÷àñòü îïòîýëåêòðîííîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà âûïîëíåíà ïî ìîñòîâîé ñõåìå è ñîäåðæèò ñâåòîäèîäû ÷åòûðåõ îïòîýëåêòðîííûõ ïàð. Ïðèåìíàÿ
4 +E
DA1.1
R3
DA3.1 DA4.1
IN1 1
NAND OUT1 7 DA1.3
DA2.1
5 +E
6 +E
R4
R5
NOR OUT2 8 DA2.3
DA3.2
XNOR OUT3 9 DA4.2
DA1.2
IN2 2
DA2.2 R1 = R2
R1
OUT4 10 AND, OR, XOR
R2 R3 = R4 = R5 = R6 R6 3 GND
3(11) GND
Ðèñóíîê 1. Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà óíèâåðñàëüíîãî îïòîýëåêòðîííîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
27
+E
+E
SA1 AND, OR, XOR
SA1 NAND, NOR, XNOR 4
5
7
6
1
X1
2
X2
7
Y
8
Y
9
Y
8
9
1
NAND X1 NOR
2
XNOR X2
Y
10
AND, OR, XOR 3
X1 X2 0 1 0 1
0 0 1 1
10
3
Y NAND NOR XNOR 1 0 0 0
1 1 1 0
1 0 0 1
(à)
X1 X2 0 1 0 1
0 0 1 1
AND
Y OR
XOR
0 0 0 1
0 1 1 1
0 1 1 0
(á)
Ðèñóíîê 2. Ñïîñîáû ïîäêëþ÷åíèÿ è èñïîëüçîâàíèÿ óíèâåðñàëüíûõ îïòîýëåêòðîííûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ: à) NAND, NOR, XNOR; á) AND, OR è XOR.
(âûõîäíàÿ) ÷àñòü ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ñîñòîèò èç òðåõ öåïåé, ïîäêëþ÷åíèå êîòîðûõ ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ îïðåäåëÿåò ôóíêöèþ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà. Åñëè íà âõîäå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà îòñóòñòâóþò óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû, íè îäèí èç ñâåòîäèîäîâ îïòîïàð DA1.1–DA4.1 íå èçëó÷àåò ñâåò. Ñîîòâåòñòâåííî, íà ïðèåìíîé ñòîðîíå âñå ôîòîäèîäû (ôîòîòðàíçèñòîðû èëè èõ çàìåíÿþùèå ôîòî÷óâñòâèòåëüíûå ýëåìåíòû) íàõîäÿòñÿ â âûñîêîîìíîì ñîñòîÿíèè (íå ïðîâîäÿò òîê). Íà ëþáîì èç âûõîäîâ OUT1, OUT2, OUT3 ïðè óñëîâèè, ÷òî âûõîä OUT4 ñîåäèíåí ñ îáùèì ïðîâîäîì (ñì. òàêæå Ðèñóíîê 2) è ïðè ïîäà÷å íà âûâîäû 4, 5 èëè 6 íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ïðèñóòñòâóåò íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ, ïðèáëèçèòåëüíî ñîîòâåòñòâóþùåå íàïðÿæåíèþ ïèòàíèÿ E. Ðàññìîòðèì âàðèàíò èñïîëüçîâàíèÿ óíèâåðñàëüíîãî îïòîýëåêòðîííîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà â êà÷åñòâå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà È-ÍÅ, Ðèñóíêè 1 è 2. Äëÿ ýòîãî ñîåäèíèì âûâîä 4 ñ èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ, à âûâîä 10 – ñ îáùåé øèíîé. Âûõîäíîé ñèãíàë áóäåì ñíèìàòü ñ âûâîäà 7 (âûõîä OUT1). Ïðè ïîäà÷å íà îäèí èõ âõîäîâ îïòîýëåêòðîííîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû, íàïðèìåð, íà âûâîä 1 (âõîä IN1) òîê áóäåò ïðîòåêàòü ÷åðåç ñâåòîäèîäû îïòîïàð DA1.1 è
28
DA3.1, à òàêæå ðåçèñòîðû R1 è R2. Ýòè ñâåòîäèîäû íà÷èíàþò ñâåòèòüñÿ, ïåðåâîäÿ â òîêîïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå ñîîòâåòñòâóþùèå èì ôîòîäèîäû îïòîïàð DA1.2 è DA3.2. Ôîòîäèîä îïòîïàðû DA3.2 íå ïîäêëþ÷åí è íå ó÷àñòâóåò â ðàáîòå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà È-ÍÅ. Ôîòîäèîä îïòîïàðû DA1.2 âêëþ÷åí ïîñëåäîâàòåëüíî ñ ôîòîäèîäîì îïòîïàðû DA2.2, êîòîðûé òîê íå ïðîâîäèò. Ñëåäîâàòåëüíî, íà âûõîäå OUT1 ñîõðàíÿåòñÿ çíà÷åíèå ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. Ñèòóàöèÿ ñîõðàíèòñÿ, åñëè íà âõîä IN1 áóäåò ïîäàí ñèãíàë óðîâíÿ ëîãè÷åñêîãî íóëÿ, à íà âõîä IN2 – óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. Ïîëîæåíèå êîðåííûì îáðàçîì èçìåíèòñÿ, åñëè íà îáà ýòè âõîäà áóäåò ïîäàí ñèãíàë óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû.  ýòîì ñëó÷àå îáà ôîòîäèîäà îïòîïàð DA1.2 è DA2.2 ïåðåêëþ÷àþòñÿ â òîêîïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå, è íàïðÿæåíèå íà âûõîäå OUT1 ïàäàåò ïðàêòè÷åñêè äî íóëÿ (äî óðîâíÿ ëîãè÷åñêîãî íóëÿ). Äëÿ òîãî ÷òîáû îïòîýëåêòðîííûé ëîãè÷åñêèé ýëåìåíò ðåîðãàíèçîâàòü äëÿ ðàáîòû â êà÷åñòâå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà È, äîñòàòî÷íî, Ðèñóíîê 2, ñîåäèíèòü âûâîä 7 ñ øèíîé ïèòàíèÿ, à âûõîäíîé ñèãíàë ñíèìàòü ñ âûâîäà 10 (OUT4). Ðàññìîòðèì äàëåå âîçìîæíîñòü ðàáîòû îïòîýëåêòðîííîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà â êà÷åñòâå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ÈËÈ-ÍÅ. Äëÿ
ÑÒÀÒÜÈ
ýòîãî íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ïîäàåòñÿ íà âûâîä 5, à âûõîäíîé ñèãíàë ñíèìàåòñÿ ñ âûâîäà 8 (OUT2); âûâîä 10 ñîåäèíÿåòñÿ ñ îáùåé øèíîé. Äëÿ ñõåìû ÈËÈ âûâîä 8 (è âûâîä 5) ñîåäèíÿåòñÿ ñ øèíîé ïèòàíèÿ, âûõîäíîé ñèãíàë ñíèìàåòñÿ ñ âûâîäà 10 (OUT4), ñì. òàêæå Ðèñóíîê 2. Ïðîöåññû âî âõîäíûõ öåïÿõ îñòàþòñÿ áåç èçìåíåíèé, çàòî â âûõîäíûõ öåïÿõ â ñèëó òîãî, ÷òî ôîòîäèîäû îïòîïàð DA1.3 è DA2.3 âêëþ÷åíû ïàðàëëåëüíî, ëþáîé èç ïîñòóïèâøèõ íà âõîä ñèãíàëîâ óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû ïåðåêëþ÷èò ñîñòîÿíèå ñèãíàëà íà âûõîäå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà. Ðàññìîòðèì äàëåå ðàáîòó ýëåìåíòà «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ-ÍÅ», Ðèñóíêè 1 è 2, äëÿ ÷åãî ñîåäèíèì âûâîä 6 ñ øèíîé ïèòàíèÿ, âûâîä 10 ñîåäèíèì ñ îáùåé øèíîé, à âûõîäíîå íàïðÿæåíèå áóäåì ñíèìàòü ñ âûâîäà 9 (âûõîä OUT3).  äàííîì âêëþ÷åíèè îðèãèíàëüíûìè ñòàíîâÿòñÿ ýëåêòðè÷åñêèå ïðîöåññû, ïðîòåêàþùèå âî âõîäíûõ öåïÿõ. Òàê, ïðè îòñóòñòâèè âõîäíûõ ñèãíàëîâ ñâåòîäèîäû îïòîïàð íå ñâåòÿòñÿ; âñå ôîòîäèîäû îïòîïàð òîê íå ïðîâîäÿò. Íà âûõîäå ýëåìåíòà ïðèñóòñòâóåò óðîâåíü ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. Ïîäàäèì íà îäèí èõ âõîäîâ ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà, íàïðèìåð, íà âûâîä 1 (âõîä IN1) óïðàâëÿþùèé ñèãíàë óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. Òîê áóäåò ïðîòåêàòü ÷åðåç ñâåòîäèîäû îïòîïàð DA1.1 è DA3.1, à òàêæå ðåçèñòîðû R1
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
è R2. Ýòè ñâåòîäèîäû íà÷èíàþò ñâåòèòüñÿ, ïåðåâîäÿ â òîêîïðîâîäÿùåå ñîñòîÿíèå ôîòîäèîäû îïòîïàð DA1.2 è DA3.2. Ñîîòâåòñòâåííî íà âûâîäå 9 (âûõîä OUT3) ïîÿâèòñÿ íàïðÿæåíèå íèçêîãî óðîâíÿ. Òî æå ñàìîå ïðîèçîéäåò, åñëè íà âûâîä 2 (âõîä IN2) áóäåò ïîäàíà ëîãè÷åñêàÿ åäèíèöà, à íà âûâîä 1 (âõîä IN1) – ëîãè÷åñêèé íóëü. Åñëè íà îáà âõîäà ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà ïîäàòü ñèãíàëû óðîâíÿ ëîãè÷åñêîé åäèíèöû, òî â ñâÿçè ñ ìîñòîâîé ñõåìîé âêëþ÷åíèÿ ñâåòîäèîäîâ îïòðîííûõ ïàð DA3.1 è DA4.1 òîê ÷åðåç íèõ ïðîòåêàòü íå ñìîæåò, ñîîòâåòñòâóþùèå ñâåòîäèîäû îïòîïàð DA3.2 è DA4.2 òîê íå ïðîâîäÿò, ñëåäîâàòåëüíî, íà âûõîäå ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà áóäåò óðîâåíü ëîãè÷åñêîé åäèíèöû. Äëÿ ýëåìåíòà «Èñêëþ÷àþùåå ÈËÈ», Ðèñóíêè 1 è 2, ñîåäèíèì âûâîä 9 (è âûâîä 6) ñ øèíîé ïèòàíèÿ, à âûõîäíîå íàïðÿæåíèå áóäåì ñíèìàòü ñ âûâîäà 10 (âûõîä OUT4). Òàáëèöà èñòèííîñòè óíèâåðñàëüíîãî ëîãè÷åñêîãî ýëåìåíòà â ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ åãî âêëþ÷åíèÿ ïðèâåäåíà íà Ðèñóíêå 2. Ïåðåêëþ÷àòåëè SA1 ïîêàçàíû óñëîâíî, äëÿ íàãëÿäíîñòè. Èõ ìîæíî çàìåíèòü ïåðåìû÷êàìè. Âàðèàíòû ïðàêòè÷åñêîãî èñïîëüçîâàíèÿ óíèâåðñàëüíûõ îïòîýëåêòðîííûõ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ â êà÷åñòâå ýëåìåíòîâ NAND, NOR, XNOR ïðèâåäåíû íà Ðèñóíêå 2à, è â êà÷åñòâå ýëåìåíòîâ AND, OR è XOR íà Ðèñóíêå 2á. ÐË
29
Ïîíèæàþùèé ðåãóëÿòîð äëÿ ðàáîòû ïðè ëåãêèõ íàãðóçêàõ Justin Larson è Frank Kolanko EDN Ðàáîòà ïîíèæàþùèõ ðåãóëÿòîðîâ â ðåæèÐ
ìå íåïðåðûâíîé ïðîâîäèìîñòè (continuousconduction mode – CCM) õîðîøî ïîíÿòíà, ÷òî ïîçâîëÿåò ëåãêî ðàññ÷èòàòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå è íîìèíàëû ýëåìåíòîâ ñõåìû. Îäíàêî ñëàáîíàãðóæåííûå ïîíèæàþùèå ðåãóëÿòîðû ðàáîòàþò â ðåæèìå ïðåðûâèñòîé ïðîâîäèìîñòè (discontinuous-conduction mode – DCM), áîëåå ñëîæíîì äëÿ ïîíèìàíèÿ. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ñîîòíîøåíèÿ âûõîäíîãî è âõîäíîãî íàïðÿæåíèé. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñîâ ðåãóëÿòîðà, ïîíèæàþùåãî 12  äî 6 Â, ðàâåí 50%. Êîãäà ðåãóëÿòîð íàãðóæåí D1
ñëèøêîì ñëàáî, ÷òîáû ïîääåðæèâàòü òîê äðîññåëÿ íåïðåðûâíûì, îí ïåðåõîäèò â DCM. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ñòàíîâèòñÿ ñëîæíîé ôóíêöèåé èíäóêòèâíîñòè äðîññåëÿ, âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ÷àñòîòû ïåðåêëþ÷åíèÿ è âûõîäíîãî òîêà, ÷òî çíà÷èòåëüíî çàìåäëÿåò ðåàêöèþ êîíòóðà óïðàâëåíèÿ. Âî ìíîãèõ ìèêðîñõåìàõ ïîíèæàþùèõ êîíòðîëëåðîâ èìååòñÿ ïëàâàþùèé äðàéâåð çàòâîðîâ (Ðèñóíîê 1). Äëÿ ïîâûøåíèÿ ÊÏÄ â ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ îòäåëüíûé èñòî÷íèê îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF. Ïðè çàïóñêå îí ïèòàåò äðàéâåð N-êàíàëüíîãî MOSFET íàïðÿæåíèåì, êîòîðîå ìåíüøå îïîðíîãî íà
(6 Â – D1) VIN
ÂÎËÜÒÎÄÎÁÀÂÊÀ VREF 6Â
+ –
CBOOST Q1
ÇÀÒÂÎÐ
0Â ÈÑÒÎÊ ÏÎÍÈÆÀÞÙÈÉ ÊÎÍÒÐÎËËÅÐ
VIC = 0 Â
D2
L1
VOUT 0Â
COUT
Ðèñóíîê 1. Âî ìíîãèõ ìèêðîñõåìàõ ïîíèæàþùèõ êîíòðîëëåðîâ èñïîëüçóåòñÿ ïëàâàþùèé äðàéâåð çàòâîðîâ.
30
ÑÒÀÒÜÈ
D1
(0 Â – D2) + VCBOOST VIN
ÂÎËÜÒÎÄÎÁÀÂÊÀ VREF 6Â
+ –
CBOOST Q1
ÇÀÒÂÎÐ
L1 VIC = 0 Â (0 Â – D2)
ÈÑÒÎÊ ÏÎÍÈÆÀÞÙÈÉ ÊÎÍÒÐÎËËÅÐ
D2
VOUT 8Â
COUT
Ðèñóíîê 2.  CCM òîê äðîññåëÿ íå ïðåðûâàåòñÿ. Âî âðåìÿ îáðàòíîãî õîäà, íà÷èíàþùåãîñÿ ñ âûêëþ÷åíèÿ Q1, ýòîò òîê ïîñòóïàåò îò Q1 èëè D2.
âåëè÷èíó ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà äèîäå. Ýòîãî íàïðÿæåíèÿ äîñòàòî÷íî äëÿ óïðàâëåíèÿ çàòâîðîì MOSFET, ïîñêîëüêó â èñõîäíîì ñîñòîÿíèè íàïðÿæåíèå íà âûõîäå è íà èñòîêå MOSFET Q1 äîëæíî ðàâíÿòüñÿ 0 Â.  CCM òîê ÷åðåç äðîññåëü íèêîãäà íå ïðåðûâàåòñÿ. Âî âðåìÿ îáðàòíîãî õîäà, íà÷èíàþùåãîñÿ ñ âûêëþ÷åíèÿ Q1, ýòîò òîê ïîñòóïàåò îò Q1 èëè D2 (Ðèñóíîê 2). Íàïðÿæåíèå, ïîÿâèâøååñÿ íà èñòîêå çàêðûâøåãîñÿ òðàíçèñòîðà Q1, îãðàíè÷èâàåòñÿ ñòàáèëèòðîíîì D2 è ñòàíîâèòñÿ îòðèöàòåëüíûì îòíîñèòåëüíî çåìëè. Áëàãîäàðÿ òîìó, ÷òî êîíäåíñàòîð CBOOST ïîâûøàåò íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå, ýòîãî íàïðÿæåíèÿ äîñòàòî÷íî äëÿ óïðàâëåíèÿ òðàíçèñòîðîì Q1. Ïîâûøåíèå íàïðÿæåD1
VREF 6Â
+ –
íèÿ îáåñïå÷èâàåò âûñîêîå íàïðÿæåíèå íà âûâîäå BOOST, â ðåçóëüòàòå ÷åãî íàïðÿæåíèå íà èñòîêå Q1 ñòàíîâèòñÿ îòðèöàòåëüíûì. Ñèñòåìà ïåðåõîäèò â DCM, êîãäà òîê íàãðóçêè ïàäàåò äî çíà÷åíèÿ, ïðè êîòîðîì ñðåäíåå ïîòðåáëåíèå ñîñòàâëÿåò ìåíåå ïîëîâèíû âåëè÷èíû ïóëüñàöèé òîêà. Äèîä D2 ïðåäîòâðàùàåò ïðîõîæäåíèå ÷åðåç äðîññåëü îáðàòíîãî òîêà.  çàâèñèìîñòè îò èñïîëüçóåìîé ìèêðîñõåìû, íà åå âûõîäå ìîãóò âîçíèêàòü âûáðîñû, îáóñëîâëåííûå áîëüøèì âðåìåíåì ðåàêöèè êîíòóðà ðåãóëèðîâàíèÿ. Ðåãóëÿòîð òàêæå ìîæåò ïðîïóñêàòü èìïóëüñû è, âîîáùå, ðàáîòàòü íåïðåäñêàçóåìî. Ïîñëå çàêðûâàíèÿ Q1 èç-çà óâåëè÷åííîãî â DCM âðåìåíè âûêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ êîíäåíñà-
8 Â + VCBOOST
ÂÎËÜÒÎÄÎÁÀÂÊÀ
VIN + C – BOOST Q1
ÇÀÒÂÎÐ
L1 ÈÑÒÎÊ ÏÎÍÈÆÀÞÙÈÉ ÊÎÍÒÐÎËËÅÐ
8Â
0Â
D2
VOUT 8Â
COUT
Ðèñóíîê 3. Êîãäà ðåãóëÿòîð ïåðåõîäèò â ðåæèì DCM, êîíäåíñàòîð CBOOST ðàçðÿæàåòñÿ.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
31
òîð CBOOST íà÷èíàåò ðàçðÿæàòüñÿ ÷åðåç âûâîä BOOST è äèîä D1 (Ðèñóíîê 3). Ïðè íàïðÿæåíèè íà CBOOST, ðàâíîì ïðèìåðíî 3 Â, Q1 íå âêëþ÷èòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà âûõîäíîé êîíäåíñàòîð COUT íå ðàçðÿäèòñÿ íà ñòîëüêî, ÷òîáû íàïðÿæåíèå íà èñòîêå Q1 ñòàëî íèæå, ÷åì íàïðÿæåíèå íà âûâîäå BOOST. Òàêîå ïîâåäåíèå ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ íåäîïóñòèìî. Ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ óâåëè÷èâàþòñÿ òîêè óòå÷êè. Òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò òîêà âûâîäà BOOST íåèçâåñòåí, ïîýòîìó ðàáîòó ñõåìû ñëåäóåò ïðîâåðèòü è ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ. Èçó÷èòå ðàáîòó ñèñòåìû, ÷òîáû îïðåäåëèòü íàèìåíüøåå çíà÷åíèå
32
åìêîñòè êîíäåíñàòîðà, è èñïîëüçóéòå ýòîò ðåçóëüòàò â ìîäåëèðîâàíèè îöåíêè íàèõóäøåãî ñëó÷àÿ. Òàêèì îáðàçîì, óâåëè÷èâ çíà÷åíèå CBOOST, ìîæíî óáåäèòüñÿ, ÷òî ñõåìà áóäåò ðàáîòàòü â DCM. Ìîæíî òàêæå óìåíüøèòü îïîðíîå íàïðÿæåíèå, ê èñòî÷íèêó êîòîðîãî ïîäêëþ÷åí äèîä D1. Ìîæíî ðàññìîòðåòü âîçìîæíîñòü çàìåíû D1 äèîäîì Øîòòêè ñ ìàëîé óòå÷êîé. Åñëè íè îäíî èç ýòèõ ðåøåíèé íå îáåñïå÷èò íàäåæíîé ðàáîòû, ìîæíî âûáðàòü äðóãóþ ìèêðîñõåìó, äðàéâåð çàòâîðà êîòîðîé ïðèâÿçàí ê çåìëå, èëè èçìåíèòü êîíñòðóêöèþ è èñïîëüçîâàòü àðõèòåêòóðó ñ ñèíõðîííîãî ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàíèÿ. ÐË
ÑÒÀÒÜÈ
ÐàäèîËîöìàí.Æóðíàë www.rlocman.ru/magazine Îôèöèàëüíûå âåðñèè òîëüêî çäåñü: áåç ðåãèñòðàöèè è íàçîéëèâîé ðåêëàìû, ñ âûñîêîé ñêîðîñòüþ ñêà÷èâàíèÿ.
Åñëè âû ÿâëÿåòåñü íîñèòåëåì ïåðåäîâûõ çíàíèé â îáëàñòÿõ ðàçðàáîòêè ýëåêòðîííûõ ïðèáîðîâ è/èëè ïðèìåíåíèÿ ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ è ãîòîâû ïîïóëÿðèçèðîâàòü èõ – ïðèãëàøàåì ê ñîòðóäíè÷åñòâó!
Âåðõíèå ãðàíèöû êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ Frederik Dostal, Analog Devices
È
Èçìåíÿåìûì ïàðàìåòðîì, èñïîëüçóåìûì â êîíòóðå ðåãóëèðîâàíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ èëè òîêà èìïóëüñíîãî ñòàáèëèçàòîðà, ÿâëÿåòñÿ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ (D) ðàâåí îòíîøåíèþ âðåìåíè âêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ (TON) ê ïîëíîé äëèòåëüíîñòè öèêëà (T), òî åñòü, ê ñóììå âðåìåí âûêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ (TOFF) è âêëþ÷åííîãî, è îïðåäåëÿåò ïðîñòóþ âçàèìîñâÿçü ìåæäó âõîäíûì è âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì.
D=
TON TON = . T TON + TOFF
Äëÿ áîëåå òî÷íîãî ðàñ÷åòà ìîãóò áûòü ó÷òåíû è äðóãèå ôàêòîðû, íî äëÿ ïîñëåäóþùèõ îáúÿñíåíèé îíè íå ÿâëÿþòñÿ ðåøàþùèìè. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ èìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà çàâèñèò îò åãî òîïîëîãèè. Êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ, ïîêàçàííîãî íà Ðèñóíêå 1, ñîîòâåòñòâóåò âûðàæåíèþ
D=
âûõîäíîå íàïðÿæåíèå . âõîäíîå íàïðÿæåíèå
ADP2441 Âõîäíîå íàïðÿæåíèå
N-êàíàëüíûé MOSFET
Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå
Êîíòðîëëåð
Ðèñóíîê 1. Òèïè÷íûé èìïóëüñíûé ïîíèæàþùèé ðåãóëÿòîð ñ ìèêðîñõåìîé ADP2441.
34
Äëÿ ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ âûðàæåíèå äëÿ êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ èìååò âèä
D = 1-
âõîäíîå íàïðÿæåíèå . âûõîäíîå íàïðÿæåíèå
Ýòè ôîðìóëû ïðèìåíèìû ê ðåæèìó íåïðåðûâíîé ïðîâîäèìîñòè (CCM), òî åñòü ê ðåæèìó, â êîòîðîì çà ïåðèîä âðåìåíè T òîê äðîññåëÿ íå ïàäàåò äî íóëÿ. Ðåæèì íåïðåðûâíîé ïðîâîäèìîñòè ÷àñòî èñïîëüçóåòñÿ â ñõåìàõ, ðàáîòàþùèõ ïðè íîìèíàëüíîé íàãðóçêå.  äðóãîì ðåæèìå, íàçûâàåìîì ðåæèìîì ïðåðûâèñòîé ïðîâîäèìîñòè (DCM), êîòîðûé âêëþ÷àåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè ïðè ëåãêèõ íàãðóçêàõ èëè ïðåäíàìåðåííî, òîê êàòóøêè íà èíòåðâàëàõ âûêëþ÷åíèÿ ïðåêðàùàåòñÿ. Äëÿ êàæäîãî èç ýòèõ äâóõ ðåæèìîâ ðàáîòû ñóùåñòâóþò ñîáñòâåííûå çàâèñèìîñòè êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ îò ñîîòíîøåíèÿ âõîäíîãî è âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ðèñóíîê 2 èëëþñòðèðóåò ðàáîòó èìïóëüñíîãî ïîíèæàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ âî âðåìåííîé îáëàñòè. Çäåñü ìû ðàññìîòðèì ïîíèæàþùèé èìïóëüñíûé ðåãóëÿòîð, ðàáîòàþùèé â íåïðåðûâàþùåìñÿ ðåæèìå, òî åñòü â ðåæèìå íåïðåðûâíîé ïðîâîäèìîñòè. Îò ÷àñòîòû ïåðåêëþ÷åíèÿ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ íå çàâèñèò. Òèïè÷íûå çíà÷åíèÿ äëèòåëüíîñòè ïåðèîäà T ëåæàò â èíòåðâàëå îò 20 ìêñ (50 êÃö) äî 330 íñ (3 ÌÃö). Åñëè âõîäíîå è âûõîäíîå íàïðÿæåíèÿ îäèíàêîâû, ïîòðåáóåòñÿ êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ, ðàâíûé 1. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî êîììóòàòîð âñåãäà íàõîäèòñÿ òîëüêî âî âêëþ÷åííîì ñîñòîÿíèè è íèêîãäà â âûêëþ÷åííîì. Îäíàêî ïîäîáíîå íåâîçìîæíî
ÑÒÀÒÜÈ
ADP2370
Òîê êàòóøêè
In A
T
Âõîäíîå íàïðÿæåíèå
P-êàíàëüíûé MOSFET
Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå
T Êîíòðîëëåð
In V TON
TOFF
Íàïðÿæåíèå â êîììóòàöèîííîì óçëå Âðåìÿ
Ðèñóíîê 2. Èëëþñòðàöèÿ âî âðåìåííîé îáëàñòè ïðîöåññîâ ïåðåêëþ÷åíèÿ â èìïóëüñíîì ïîíèæàþùåì ïðåîáðàçîâàòåëå ñ íåïðåðûâàþùèìñÿ òîêîì êàòóøêè (CCM).
íè äëÿ êàêîãî èìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà. Äëÿ ýòîãî MOSFET âåðõíåãî ïëå÷à â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 äîëæåí áûòü ïîñòîÿííî îòêðûòûì.  ñëó÷àå, êîãäà â êà÷åñòâå ýòîãî êëþ÷à èñïîëüçóåòñÿ N-êàíàëüíûé MOSFET, äëÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû íàïðÿæåíèå íà åãî çàòâîðå äîëæíî áûòü âûøå âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñõåìû. Åñëè ïîñëå êàæäîãî çàìûêàíèÿ êëþ÷ íà êàêîå-òî âðåìÿ ðàçìûêàåòñÿ, êàê â ñëó÷àå êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ, ìåíüøåãî 1, ñîçäàòü íàïðÿæåíèå áîëåå âûñîêîå, ÷åì íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ, ìîæíî äîâîëüíî ëåãêî, èñïîëüçóÿ ïðèíöèï çàðÿäîâîãî íàñîñà. Îäíàêî ïðè êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ 100% ýòî íåâîçìîæíî. Òàêèì îáðàçîì, èìïóëüñíûå ðåãóëÿòîðû ñî 100-ïðîöåíòíûì êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ ëèáî äîëæíû èìåòü ñëîæíûå çàðÿäîâûå íàñîñû, ðàáîòàþùèå íåçàâèñèìî îò MOSFET èìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà, ëèáî êëþ÷ âåðõíåãî ïëå÷à â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 äîëæåí áûòü ñäåëàí íà îñíîâå P-êàíàëüíîãî MOSFET. È òî è äðóãîå óâåëè÷èâàåò êàê âðåìÿ ðàçðàáîòêè, òàê è çàòðàòû ñðåäñòâ.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Ðèñóíîê 3. Ïðèìåð èìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà, ñïîñîáíîãî ðàáîòàòü ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 100%.
Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàí èìïóëüñíûé ðåãóëÿòîð ADP2370, êîòîðûé ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 100% çà ñ÷åò èñïîëüçîâàíèÿ P-êàíàëüíîãî MOSFET â êà÷åñòâå êëþ÷à âåðõíåãî ïëå÷à. Âõîäíîå íàïðÿæåíèå òàêèõ èìïóëüñíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ìîæåò î÷åíü ìàëî îòëè÷àòüñÿ îò âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ïðè èíòåãðàöèè Pêàíàëüíîãî êëþ÷à â ìèêðîñõåìó èìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà ýòî ðåøåíèå íå ïðèâåäåò ê äîïîëíèòåëüíûì çàòðàòàì. Åñëè òðåáóåòñÿ, ÷òîáû âõîäíîå íàïðÿæåíèå ïðèëîæåíèÿ ìîãëî ïîíèæàòüñÿ äî óðîâíÿ, î÷åíü áëèçêîãî ê óñòàíîâëåííîìó çíà÷åíèþ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, ñëåäóåò âûáðàòü èìïóëüñíûé ðåãóëÿòîð, äîïóñêàþùèé ðàáîòó ñ êîýôôèöèåíòîì çàïîëíåíèÿ 1 (èëè 100%). Ïîìèìî îãðàíè÷åíèÿ íà êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ, ñâÿçàííîãî ñ êëþ÷îì âåðõíåãî ïëå÷à èìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà, ñóùåñòâóþò äðóãèå ôàêòîðû, îãðàíè÷èâàþùèå êîýôôèöèåíò çàïîëíåíèÿ. Èõ ðàññìîòðåíèþ ìû ïîñâÿòèì ñëåäóþùóþ ñòàòüþ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices ADP2370 2. Datasheet Analog Devices ADP2441
35
Óïðàâëÿåìûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ðàñøèðÿåò äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé óñèëèòåëÿ Yakov Velikson EDN
Ä
Äëÿ óâåëè÷åíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ìèêðîñõåìû îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ îáû÷íî òðåáóåòñÿ äîáàâëåíèå âûñîêîâîëüòíûõ âíåøíèõ òðàíçèñòîðîâ. Çàòåì ïîëó÷èâøàÿñÿ ñõåìà íóæäàåòñÿ â êîððåêöèè äëÿ ñîõðàíåíèÿ åå ðàáî÷èõ õàðàêòåðèñòèê. Òàêàÿ êîððåêöèÿ ñëîæíà, îñîáåííî äëÿ ïðåöèçèîííûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé.  ýòîé ñòàòüå
ïðåäñòàâëåíà àëüòåðíàòèâà: èñïîëüçîâàíèå óïðàâëÿåìîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ äëÿ ñàìîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ, ñïîñîáíîãî óâåëè÷èòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ìíîãèõ òî÷íûõ îïåðàöèîííûõ óñèëèòåëåé áåç âëèÿíèÿ íà èõ òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè. Ðåøèòü ýòó çàäà÷ó ìîæíî, ïîäêëþ÷èâ ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ óñèëèòåëÿ óïðàâëÿåìûå òðàíçèñòîðû.
VPS
VPS
R1
R1
Q1
Q1 R5 R2
IC1 VIN
VIN1
V´PS
–
R6 R2
– IC1
VOUT
+ R3
–V´PS Q2
VIN2
VOUT
+ R3 Q2
R4
–VPS
R4
–VPS
Ðèñóíîê 1. Ýòè ïðîñòûå ñõåìû èëëþñòðèðóþò îáùèå ñïîñîáû âêëþ÷åíèÿ óñèëèòåëÿ èíâåðòîðîì èëè ïîâòîðèòåëåì, èñïîëüçóåìûå äëÿ óâåëè÷åíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.
36
ÑÒÀÒÜÈ
Òðàíçèñòîðàìè óïðàâëÿþò ðåçèñòèâíûå äåëèòåëè, ïîäêëþ÷åííûå ìåæäó âûõîäàìè óñèëèòåëåé è âûñîêîâîëüòíûìè øèíàìè ïèòàíèÿ ýòèõ òðàíçèñòîðîâ [1]. Ïðîñòûå ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 èëëþñòðèðóþò îáùèå ñïîñîáû âêëþ÷åíèÿ óñèëèòåëÿ èíâåðòîðîì èëè ïîâòîðèòåëåì, èñïîëüçóåìûå äëÿ óâåëè÷åíèÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Ðåçèñòîðû äåëèòåëÿ R1, R2, R3 è R4 îïðåäåëÿþò ìàñøòàá íàïðÿæåíèé V'PS è –V'PS èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ óñèëèòåëåé. Åñëè äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé ñîñòàâëÿåò ±22 Â, ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ R1 = R2 = R3 = R4 = = R, à íàïðÿæåíèÿ VPS è –VPS ðàâíû 28 Â, òîãäà íàïðÿæåíèÿ V'PS è –V'PS ïîïàäàþò â ñëåäóþùèå äèàïàçîíû, äîïóñêàþùèå ëþáûå äîïîëíèòåëüíûå ïîòåðè:
V 'PS = VPS
R2 R1 + VOUT ( - VOUT ) R1 + R 2 R1 + R 2
è
- V 'PS = - VPS
R3 R4 + VOUT ( - VOUT ) R3 + R 4 R3 + R 4
èëè
3 Â < V 'PS < 25 Â
è
- 3  > - V 'PS > -25 Â. Îäíàêî ñõåìû èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ ñîäåðæàò òðàíçèñòîðû, ñîïðîòèâëåíèÿ ïåðåõîäîâ êîòîðûõ âëèÿþò íà ðàáîòó óñèëèòåëåé. Äëÿ ñíèæåíèÿ ïîòåðü è óëó÷øåíèÿ êà÷åñòâà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îñíîâíîãî óñèëèòåëÿ ìîæíî èñïîëüçîâàòü âñïîìîãàòåëüíûå óñèëèòåëè. Òðåáîâàíèÿ ê âñïîìîãàòåëüíûì óñèëèòåëÿì ïðîñòû. Îíè äîëæíû ïèòàòüñÿ îò ñèììåòðè÷íîãî äâóïîëÿðíîãî èñòî÷íèêà ñ íàïðÿæåíèåì áîëåå íèçêèì, ÷åì ó îñíîâíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Ýòè óñèëèòåëè äîëæíû ïîñòàâëÿòü íåîáõîäèìóþ ìîùíîñòü îñíîâíîìó óñèëèòåëþ, à èõ ÷àñòîòíûé äèàïàçîí äîëæåí íåìíîãî ïðåâûøàòü äèàïàçîí îñíîâíîãî óñèëèòåëÿ. ×òîáû èñêëþ÷èòü ïåðåõîäíûå ñîïðîòèâëåíèÿ òðàíçèñòîðîâ, ïîäêëþ÷àþùèõ èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, ìîæíî èñïîëüçîâàòü âñïîìîãàòåëüíûå óñèëèòåëè. Òàêèå ñõåìû îáåñïå÷èâàþò ãèáêîñòü ïðè ñàìûõ ðàçíûõ êîíôèãóðàöèÿõ óñèëèòåëåé [2 è 3]. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàí ïðèìåð âêëþ÷åíèÿ âñïîìîãàòåëüíûõ óñèëèòåëåé ïîâòîðèòåëÿìè. Âûõîäíûå íàïðÿæåíèÿ V'PS è –V’PS îïðå-
VPS1
– VIN3 VIN4
R3 R4 R5
V´
–
–VPS2
R7
IC1
+
VOUT VPS2
–V´
R8
+
VIN2
IC2
+
VIN1
R2
R1
R6
IC3 R9
– –VPS1
Ðèñóíîê 2. Çàìåíà òðàíçèñòîðîâ îïåðàöèîííûìè óñèëèòåëÿìè ñíèæàåò ïîòåðè è óëó÷øàåò êà÷åñòâî âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ îñíîâíîãî óñèëèòåëÿ.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
37
äëÿ VOUTMAX = 24 Â.
äåëÿþòñÿ èç ñîïðîòèâëåíèé ïîäêëþ÷åííûõ ðåçèñòîðîâ ïî ñëåäóþùèì ôîðìóëàì:
V ' = 28 Â ´ 0.5 - 24 Â ´ 0.5 = 2 Â
R6 R7 V ' = VPS1 + VOUT ( - VOUT ) R6 + R7 R6 + R7
è
- V ' = -28 Â ´ 0.5 - 24 Â ´ 0.5 = -26 Â
è
- V ' = - VPS1
äëÿ VOUTMIN = –24 Â. Íàèáîëüøèé äèàïàçîí íàïðÿæåíèé ìîæíî ïîëó÷èòü, èñïîëüçóÿ îòäåëüíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, – îäèí äëÿ íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé óñèëèòåëÿ è îäèí äëÿ ðåãóëèðóåìîé ÷àñòè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 3). IC1 – ýòî îñíîâíîé óñèëèòåëü. Âñïîìîãàòåëüíûå óñèëèòåëè IC2 è IC3 ïèòàþòñÿ íåñèììåòðè÷íûìè íàïðÿæåíèÿìè.  ýòîé ñõåìå ìîæíî ïðèìåíÿòü óñèëèòåëè ìíîãèõ òèïîâ, íî ïðåäïî÷òèòåëüíû ñîâðåìåííûå îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè, ïîñêîëüêó îíè ïîçâîëÿþò èñïîëüçîâàòü ïîëíûé äèàïàçîí íàïðÿæåíèé èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ è èìåþò rail-to-rail âõîäû è âûõîäû.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 3 VPS1 = 28 Â, –VPS1 = 28 Â, VPS2 = 2 Â è –VPS2 = 2 Â.
R9 R8 + VOUT ( - VOUT ) . R8 + R9 R8 + R9
Åñëè íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ âñïîìîãàòåëüíîãî óñèëèòåëÿ IC2 ðàâíû 28  äëÿ VPS1 è –2  äëÿ –VPS2, òîãäà äëÿ óñèëèòåëÿ IC3 –VPS1 = –28  è VPS2 = 2 Â, è âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT óñèëèòåëÿ IC1 ðàâíî 24  èëè –24 Â. Êðîìå òîãî, R6 = R7 = R8 = R9 = R, òàê ÷òî
V ' = 28 Â ´ 0.5 + 24 Â ´ 0.5 = 26 Â. Äàëåå,
- V ' = -28 Â ´ 0.5 + 24 Â ´ 0.5 = -2 Â VPS1 R6
R7 R8 –VPS2
– VIN1 VIN2 VIN3 VIN4
R2
R1 R3
–
V´
R10 –VPS2
IC1
R4
+ R5
R9
+
IC2
VOUT R11
R12
–V´ R13
VPS2
VPS2
– IC3
R14
+ R15
–VPS1
Ðèñóíîê 3. Íàèáîëüøèé äèàïàçîí íàïðÿæåíèé ìîæíî ïîëó÷èòü, èñïîëüçóÿ îòäåëüíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ, – îäèí äëÿ íîðìàëüíûõ íàïðÿæåíèé óñèëèòåëÿ è îäèí äëÿ ðåãóëèðóåìîé ÷àñòè âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.
38
ÑÒÀÒÜÈ
Íàïðÿæåíèÿ îñíîâíîãî óñèëèòåëÿ ðàâíû
V ' = -( - VPS1 ) + ( - VOUT )
R6 R - ( - VPS 2 ) 6 + R7 R8
R10 æ R 7R 8 + R 6 (R 7 + R 8 ) ö ç ÷÷ . R 9 + R10 çè R 7R 8 ø
- V ' = -( VPS1 )
R11 R - ( VPS 2 ) 11 + R12 R13
R15 æ R12R13 + R11 (R12 + R13 ) ö ÷÷ . ç R14 + R15 çè R12R13 ø
Ïóñòü R6 = R10 = R11 = R15 = R, R7 = R8 = R12 = = R13 = 2R, è R9 = R14 = 3R, òàê ÷òî
R 6 R 6 R11 R11 = = = = 0 .5 , R 7 R 8 R12 R13 R10 R15 = = 0.25 R 9 + R10 R14 + R15 è
R 7R 8 + R 6 (R 7 + R 8 ) = R 7R 8 =
V ' = 14 Â + 1 Â + ( - VOUT ) × 0.5 è
- V ' = -14 Â - 1 Â + ( - VOUT ) × 0.5 .
Äàëåå,
+ ( - VOUT )
Çàòåì ïîäñòàâëÿåì ýòè çíà÷åíèÿ â ôîðìóëû äëÿ íàïðÿæåíèé óñèëèòåëÿ:
R12R13 + R11 (R12 + R13 ) = 2. R12 R13
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Ìèíèìàëüíîå è ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèÿ äëÿ êàæäîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ñîñòàâëÿþò 1.5  £ V £ 28.5 Â è –1.5  ³ –V ³ –28.5 Â. Ïîëíîå íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ îãðàíè÷åíî ïðåäåëîì 30  è ìîæåò èçìåíÿòüñÿ â äèàïàçîíàõ îò 1.5 äî 28.5  è îò –1.5 äî –28.5 Â. Ýòè äèàïàçîíû ïîçâîëÿþò óâåëè÷èòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îñíîâíîãî óñèëèòåëÿ íà ±27 Â. ÐË
Ññûëêè 1. Velikson Yakov, Electronics, Information Book, pg 138, Energoatomiztum, St Petersburg, Russia, 1996. 2. Velikson Yakov, “Device for recurrence of voltage,” Bulletin of Izobreteny (copyrights and patents), No. 3, 1991. 3. Velikson Yakov, A Murigin, and V Uchno, “The multichannel conversion of a revolving sinecosine resolver to code,” Bulletin of Izobreteny (copyrights and patents), No. 44, 1988.
39
Åìêîñòíîé ïðåîáðàçîâàòåëü íàïðÿæåíèÿ, îí æå çàðÿäîâûé íàñîñ Jeff Sorensen EDN
Â
 2019 ãîäó èñïîëíèëîñü 100 ëåò óìíîæèòåëþ íàïðÿæåíèÿ Ãðàéíàõåðà, èçîáðåòåííîìó øâåéöàðñêèì ôèçèêîì Ãåíðèõîì Ãðåéíàõåðîì (Heinrich Greinacher) â 1919 ãîäó.  1932 ãîäó Äóãëàñ Êîêðîôò (Douglas Cockcroft) è Ýðíåñò Óîëòîí (Ernest Walton) èñïîëüçîâàëè ýòîò óìíîæèòåëü êàê áàçîâóþ ñõåìó äëÿ èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ óñêîðèòåëÿ ÷àñòèö, ïåðâîé «äðîáèëêè àòîìîâ», ÷òî â èòîãå ïîìîãëî èì ïîëó÷èòü Íîáåëåâñêóþ ïðåìèþ ïî ôèçèêå â 1951 ãîäó. Ïî ýòîé ïðè÷èíå åãî ÷àùå âñåãî íàçûâàþò óìíîæèòåëåì Êîêðîôòà-Óîëòîíà.
Ðèñóíîê 1. Ýòîò äâóõïîëóïåðèîäíûé óìíîæèòåëü Êîêðîôòà-Óîëòîíà áûë ñôîòîãðàôèðîâàí â Èíñòèòóòå Êàéçåðà Âèëüãåëüìà â 1937 ãîäó. 3 ÌÂ ãåíåðèðîâàëèñü ñ ïîìîùüþ äâóõ 4-êàñêàäíûõ óìíîæèòåëåé. Îáðàòèòå âíèìàíèå íà òðè ôèãóðêè ñòîÿùèõ âíèçó ëþäåé.
40
Îñíîâîé ýòîé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå öåïî÷êè êëþ÷åé è êîíäåíñàòîðîâ äëÿ óâåëè÷åíèÿ áîëåå íèçêîãî íàïðÿæåíèÿ äî áîëåå âûñîêîãî. Ïåðâûå ñõåìû ïðèìåíÿëèñü äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ âûñîêîãî ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ â åùå áîëåå âûñîêîå ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå (Ðèñóíîê 1). Òåïåðü â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ñõåìû íà êîììóòèðóåìûõ êîíäåíñàòîðàõ èñïîëüçóþòñÿ äëÿ DC/DC ïðåîáðàçîâàíèÿ. Ñîåäèíÿÿ ïîñëåäîâàòåëüíî äèîäíî-åìêîñòíûå êàñêàäû, ìîæíî ïîëó÷àòü î÷åíü âûñîêèå íàïðÿæåíèÿ, èñïîëüçóÿ ïðè ýòîì äèîäû è êîíäåíñàòîðû ñ ðàáî÷èìè íàïðÿæåíèÿìè, íå ïðåâûøàþùèìè íàïðÿæåíèÿ âíóòðè îòäåëüíûõ êàñêàäîâ, ïîñêîëüêó íà êîìïîíåíòû âîçäåéñòâóþò òîëüêî íàïðÿæåíèÿ èõ ñîáñòâåííûõ êàñêàäîâ. Áàçîâàÿ ñõåìà ïðåîáðàçîâàòåëÿ ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 2à.  ýòîé ñõåìå âåðõíÿÿ îáêëàäêà êîíäåíñàòîðà C2 çàðÿæàåòñÿ äî íàïðÿæåíèÿ Vp ïîëîæèòåëüíîé ïîëóâîëíîé âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, à íèæíÿÿ îáêëàäêà çàðÿæàåòñÿ äî –Vp âî âðåìÿ îòðèöàòåëüíîé ïîëóâîëíû. (Çäåñü Vp – ïèêîâîå çíà÷åíèå âõîäíîãî ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ). Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî íàïðÿæåíèå íà C2 ðàâíî 2Vp. Êàñêàäû óìíîæåíèÿ âêëþ÷åíû ïîñëåäîâàòåëüíî, ïîýòîìó êàæäûé èç íèõ óâåëè÷èâàåò íàïðÿæåíèå íà 2Vp. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñõåìû íà Ðèñóíêå 2á â 6 ðàç ïðåâûøàåò ïèêîâîå âõîäíîå ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå. Ñ1, Ñ3 è Ñ5 ïðîïóñêàþò ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå ÷åðåç ñåáÿ, à Ñ2, Ñ4 è Ñ6 ñîåäèíÿþòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî äëÿ ñîõðàíå-
ÑÒÀÒÜÈ
C1 ÂÕÎÄ AC
T
D2 C2
D1
(à) C1 ÂÕÎÄ AC
T
C3 D1 C2
D2
D6
C5 D3 C4
D4
D5 C6
(á)
Ðèñóíîê 2. Îäíî- è ìíîãîêàñêàäíûå óìíîæèòåëè Ãðàéíàõåðà.
íèÿ ñâîèõ çàðÿäîâ îòíîñèòåëüíî çåìåëü êàñêàäîâ. Òàêæå ìîæåò áûòü ðåàëèçîâàíà äâóõïîëóïåðèîäíàÿ âåðñèÿ ýòîé ñõåìû, êàê íà Ðèñóíêå 1, òîãäà íàïðÿæåíèå áóäåò âäâîå áîëüøå, ÷åì â ïîêàçàííîì îäíîïîëóïåðèîäíîì ïðèìåðå. Òåïåðü âû, âåðîÿòíî, ñêàæåòå ñåáå: «Ýòî çäîðîâî, íî â ìîåì ïðîåêòå íå íóæíî äðîáèòü àòîìû». Ýòî òàê, îäíàêî, î÷åíü ïîõîæàÿ ñõåìà, ñêîðåå âñåãî, åñòü â âàøåì êîìïüþòåðå èëè ôëýø-íàêîïèòåëå. Îêàçûâàåòñÿ, äëÿ çàïèñè è ñòèðàíèÿ ïàìÿòè è äëÿ âîçìîæíîñòè ðàáîòû áåç îòäåëüíîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ ôëýø-ïàìÿòü íóæäàåòñÿ â áîëåå âûñîêîì íàïðÿæåíèè, ÷åì äàåò åå èñòî÷íèê ïèòàíèÿ 1.8 Â. Ïîýòîìó íåïîñðåäñòâåííî â ìèêðîñõåìó ïàìÿòè âñòðîåí óìíîæèòåëü íàïðÿæåíèÿ. Ýòî íå ñîâñåì òî æå ñàìîå, ÷òî ìû çäåñü îáñóæäàåì, íî, âîçìîæíî, î÷åíü ïîõîæå, è,
D1
D2
D3
ïîñêîëüêó îí ðàáîòàåò ñ ïîñòîÿííûì òîêîì, à íå ñ ïåðåìåííûì, åìó ïðèõîäèòñÿ, òàê ñêàçàòü, ñîçäàâàòü ñîáñòâåííîå ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå. Ñëåãêà ïåðåñòàâèâ äèîäû è êîíäåíñàòîðû, ìîæíî ñîçäàòü ñõåìó, èçâåñòíóþ êàê çàðÿäîâûé íàñîñ Äèêñîíà. Çàðÿäîâûé íàñîñ Äèêñîíà (Ðèñóíîê 3) áûë çàïàòåíòîâàí Äæîíîì Ô. Äèêñîíîì (John F. Dickson) â êîíöå 1970-õ ãîäîâ. Îí èñïîëüçóåòñÿ ãëàâíûì îáðàçîì â ìèêðîñõåìàõ EEPROM è ôëåø-ïÿìÿòè äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïðîãðàììèðîâàíèÿ/ïåðåçàïèñè, êîòîðîå íàìíîãî ïðåâûøàåò íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ñõåìû. Çàðÿäîâûé íàñîñ Äèêñîíà íà Ðèñóíêå 3à î÷åíü ïîõîæ íà óäâîèòåëü Ãðàéíàõåðà. Ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå ïîäàåòñÿ ÷åðåç âûâîä VIN íà àíîä äèîäà D1. Íàïðÿæåíèå íà êàòîäå D1 áóäåò ìåíüøå VIN íà âåëè÷èíó îäíîãî ïàäå-
D4
D5
VIN
VOUT
Ôàçà òàêòîâîãî ñèãíàëà 1 C1
C2
C3
C4
C5
Ôàçà òàêòîâîãî ñèãíàëà 2
(à)
Q1 VIN
Q2
Q3
Q4
Q5 VOUT
Ôàçà òàêòîâîãî ñèãíàëà 1 Ôàçà òàêòîâîãî ñèãíàëà 2
(á) Ðèñóíîê 3.  çàðÿäîâîì íàñîñå Äèêñîíà èñïîëüçóþòñÿ äèîäû èëè âêëþ÷åííûå äèîäàìè ÌÎÏ-òðàíçèñòîðû.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
41
íèÿ íàïðÿæåíèÿ íà äèîäå, à íà àíîäå D2 íàïðÿæåíèå óïàäåò åùå íà ñòîëüêî æå. Êîãäà óïðàâëÿþùèé ñèãíàë ñ àìïëèòóäîé VIN ïîäàåòñÿ íà êîíäåíñàòîð C1, íàïðÿæåíèå íà âåðõíåé îáêëàäêå óâåëè÷èâàåòñÿ äî ñóììû íàïðÿæåíèé íà äèîäå D1 è àìïëèòóäû óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà. Çàòåì ýòî íàïðÿæåíèå, êîòîðîå óæå íà îäíî ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íèæå íàïðÿæåíèÿ íà D1, ÷åðåç äèîä D2 çàðÿæàåò âòîðîé êîíäåíñàòîð C2. Òåïåðü íàïðÿæåíèå íà âòîðîì êîíäåíñàòîðå ðàâíî óäâîåííîìó íàïðÿæåíèþ VIN çà âû÷åòîì äâóõ ïàäåíèé íàïðÿæåíèÿ íà äèîäàõ.  ìíîãîêàñêàäíûõ çàðÿäîâûõ íàñîñàõ Äèêñîíà íà Ðèñóíêå 3 èñïîëüçóåòñÿ äâóõôàçíàÿ ñèíõðîíèçàöèÿ ñ óðîâíÿìè óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ, ðàâíûìè VIN, êîòîðûå ïîïåðåìåííî óïðàâëÿþò ðàçíûìè êîíäåíñàòîðàìè, íî åñëè íå òðåáóåòñÿ, ÷òîáû êîýôôèöèåíò ïîâûøåíèÿ íàïðÿæåíèÿ áûë áîëüøèì, ìîæíî èñïîëüçîâàòü è îäíîôàçíóþ ñèíõðîíèçàöèþ. Íàïðÿæåíèå íà êàæäîì ïîñëåäóþùåì êàñêàäå íà àìïëèòóäó òàêòîâîãî èìïóëüñà çà âû÷åòîì ïàäåíèÿ íà äèîäå áîëüøå, ÷åì íà ïðåäûäóùåì, èëè
VOUT = (N + 1)VIN - (N + 1)VDIODE , ãäå N – êîëè÷åñòâî êàñêàäîâ, VDIODE – ïðÿìîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà äèîäå. Ïîòåðÿ (ïàäåíèå) íàïðÿæåíèÿ èç-çà òîêà íàãðóçêè çäåñü íå ó÷èòûâàåòñÿ. Íà Ðèñóíêå 4 ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû ìîäåëèðîâàíèÿ â LTspice 3-êàñêàäíîãî íàñîñà Äèêñîíà ñ óðîâíÿìè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è òàêòîâûõ èìïóëüñîâ, ðàâíûìè 5 Â. Êàæäûé êàñêàä ñîçäàåò íàïðÿæåíèå VIN ïëþñ íàïðÿæåíèå íà
Ðèñóíîê 4. Ýòîò 3-êàñêàäíûé çàðÿäîâûé íàñîñ Äèêñîíà ïîâûøàåò íàïðÿæåíèå â ÷åòûðå ðàçà.
42
êàæäîì êîíäåíñàòîðå, ÷åðåç êîòîðûé ïîäàåòñÿ òàêòîâûé ñèãíàë. Âåðõíÿÿ ñèíå-çåëåíàÿ êðèâàÿ ñîîòâåòñòâóåò äîñòèãíóòîìó îêîí÷àòåëüíîìó óðîâíþ ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ. Îáðàòèòå òàêæå âíèìàíèå íà ôàçîâûå ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó íàïðÿæåíèÿìè ïîâûøåííûõ óðîâíåé. Âêëþ÷åííûå äèîäàìè ÌÎÏ-òðàíçèñòîðû ÷àùå âñåãî èñïîëüçóþòñÿ â ìèêðîñõåìàõ ïàìÿòè, îäíàêî äèîäû Øîòòêè îáû÷íî èìåþò áîëåå íèçêîå ïðÿìîå íàïðÿæåíèå è, ñîîòâåòñòâåííî, âíîñÿò ìåíüøå ïîòåðü íàïðÿæåíèÿ íà êàæäûé êàñêàä. Äëÿ óëó÷øåíèÿ õàðàêòåðèñòèê áûëî ðàçðàáîòàíî ìíîæåñòâî ìîäèôèêàöèé, îñîáåííî äëÿ ñëó÷àåâ, êîãäà äîñòóïíîå íàïðÿæåíèå èñòî÷íèêà VIN î÷åíü ìàëî. Ýòî îñîáåííî àêòóàëüíî äëÿ óñòðîéñòâ ïàìÿòè, ðàáîòàþùèõ îò èñòî÷íèêîâ ñ íàïðÿæåíèåì 1.8  èëè íèæå. Ýòè ñõåìû ìîæíî íàçâàòü çàðÿäîâûìè íàñîñàìè íà îñíîâå «ïîæàðíîé öåïî÷êè», ïîñêîëüêó â íèõ êàæäûé êàñêàä ñáðàñûâàåò çàðÿä â ñëåäóþùèé êàñêàä. Ñëåäóþùèé òèï ìîæíî áûëî áû íàçâàòü «ïàðÿùèì» çàðÿäîâûì íàñîñîì, íî îí áîëåå èçâåñòåí êàê çàðÿäîâûé íàñîñ ñ ïëàâàþùèì êîíäåíñàòîðîì. Òàêèå íàñîñû î÷åíü óíèâåðñàëüíû, òàê êàê èõ ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïîâûøåíèÿ, ïîíèæåíèÿ èëè èçìåíåíèÿ ïîëÿðíîñòè âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. ×òî äåëàåò èõ ðàáîòó óíèêàëüíîé, òàê ýòî òî, ÷òî îáå ñòîðîíû êîíäåíñàòîðà íà ìãíîâåíèå îäíîâðåìåííî îòêëþ÷àþòñÿ îò äðóãèõ öåïåé è, ñëåäîâàòåëüíî, ïàðÿò. Îïÿòü æå, êëþ÷è, ôóíêöèè êîòîðûõ ïî÷òè âñåãäà âûïîëíÿþò ÌÎÏòðàíçèñòîðû, èñïîëüçóþòñÿ äëÿ óïðàâëåíèÿ íàïðàâëåíèåì òîêà, íî èñïîëüçóþòñÿ ïîïàðíî, ÷òîáû ïîäêëþ÷àòü âåðõíþþ èëè íèæíþþ îáêëàäêó êîíäåíñàòîðà ëèáî ê èñòî÷íèêó çàðÿäà, ëèáî ê ïîëó÷àòåëþ çàðÿäà. Âàæíî, ÷òîáû ìåæäó ñîñòîÿíèÿìè êëþ÷åé ïðè ïåðåêëþ÷åíèè ìåæäó èñòî÷íèêîì è íàãðóçêîé áûëî ìåðòâîå âðåìÿ, è êëþ÷è íå çàêðûâàëèñü îäíîâðåìåííî. Ýòî áûëî áû ïëîõî è ìîãëî áû ïðèâåñòè ê òîìó, ÷òî òîê áóäåò òå÷ü òàì è òîãäà, ãäå è êîãäà îí íå íóæåí, è êîíäåíñàòîð íå ñìîæåò «ïàðèòü». Íà Ðèñóíêå 5 ïîêàçàí îäèí ïðèìåð çàðÿäîâîãî íàñîñà ñ ïëàâàþùèì êîíäåíñàòîðîì.  äàííîì ñëó÷àå ñõåìà, ïîðòû êîòîðîé îáîçíà÷åíû êàê VIN è VOUT, ðàáîòàåò â ðåæèìå ñíèæåíèÿ íàïðÿæåíèÿ. Çäåñü VIN – ýòî íàïðÿæåíèå
ÑÒÀÒÜÈ
Ïîñëåäîâàòåëüíî
Ïàðàëëåëüíî
Ôàçà 1 VIN
C3
Ôàçà 2 VIN
SW1
C3
SW1
C1
SW3
SW2 C2
C1
SW4
SW3 VOUT
SW2
SW4 VOUT
C2
Ðèñóíîê 5. Ýòî ïðèìåð çàðÿäîâîãî íàñîñà ñ ïëàâàþùèì êîíäåíñàòîðîì.
èñòî÷íèêà, à VOUT – ãåíåðèðóåìîå íàïðÿæåíèå.  Ôàçå 1 êîíäåíñàòîðû C1 è C2 ïîäêëþ÷åíû ïîñëåäîâàòåëüíî ÷åðåç êëþ÷è SW1 è SW2, ïîýòîìó íà êàæäîì êîíäåíñàòîðå áóäåò ïîëîâèíà íàïðÿæåíèÿ VIN.  Ôàçå 2 ïîñëåäîâàòåëüíûå êëþ÷è ðàçìûêàþòñÿ, à ïàðàëëåëüíûå êëþ÷è SW3 è SW4 çàìûêàþòñÿ, ñîåäèíÿÿ êîíäåíñàòîðû C1 è C2 â ïàðàëëåëü, âñëåäñòâèå ÷åãî íàïðÿæåíèå íà êàæäîì èç íèõ ñîñòàâëÿåò ½VIN, à äîñòóïíûé âûõîäíîé òîê óäâàèâàåòñÿ. Îñíîâíûìè îãðàíè÷èâàþùèìè ôàêòîðàìè çäåñü ÿâëÿþòñÿ ñîïðîòèâëåíèÿ êëþ÷åé è åìêîñòè êîíäåíñàòîðîâ. Èñïîëüçóÿ êëþ÷è ñ íèçêèìè ñîïðîòèâëåíèÿìè îòêðûòûõ êàíàëîâ, ìîæíî îáåñïå÷èòü îòíîñèòåëüíî áîëüøèå òîêè. Åìêîñòè êîíäåíñàòîðîâ ìîæíî óìåíüøèòü, ïîâûñèâ ÷àñòîòó ïåðåêëþ÷åíèÿ, íî ëèøü äî îïðåäåëåííûõ ïðåäåëîâ.  êîíöå êîíöîâ, ñ ðîñòîì ÷àñòîòû äîìèíèðóþùèì ôàêòîðîì ñòàíóò ïîòåðè ïåðåêëþ÷åíèÿ, ïîýòîìó ñóùåñòâóþò ïðàêòè÷åñêèå ïðåäåëû òîãî, äî êàêèõ çíà÷åíèé ìîæíî óâåëè÷èâàòü ÷àñòîòó êîììóòàöèè êëþ÷åé. Ýòà áàçîâàÿ òîïîëîãèÿ, ñïîñîáíàÿ îáåñïå÷èâàòü íàãðóçêó òîêîì îò íåñêîëüêèõ ìèëëèàìïåð äî åäèíèö àìïåð, èñïîëüçóåòñÿ âî ìíîãèõ ïðîäóêòàõ, äîñòóïíûõ ñåãîäíÿ íà ðûíêå. Îáúåäèíèâ â îäíîé ñõåìå íåñêîëüêî ïëàâàþùèõ êîíäåíñàòîðîâ, ìîæíî ïîëó÷èòü äðóãèå êîýôôèöèåíòû äåëåíèÿ è óìíîæåíèÿ. Ñóùåñòâóþò òàêæå âåðñèè áàçîâîé ñõåìû ñ îòðèöàòåëüíûì âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì, ãäå ïðîèñõîäèò ïåðåõîä îò ïîëîæèòåëüíîãî
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
íàïðÿæåíèÿ ê îòðèöàòåëüíîìó íàïðÿæåíèþ, ïðèâÿçàííîìó ê âûâîäó çåìëè. Îíè îáû÷íî èñïîëüçóþòñÿ ñ îïåðàöèîííûìè óñèëèòåëÿìè, êîòîðûå òðåáóþò èñòî÷íèêîâ îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ è ïîòðåáëÿþò íåáîëüøèå òîêè. Äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ ïîëîæèòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ â îòðèöàòåëüíîå ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ è äðóãàÿ òîïîëîãèÿ çàðÿäîâîãî íàñîñà. Îíà îñíîâàíà íà êîíäåíñàòîðå, êîììóòèðóåìîì äèîäîì. Âñå, ÷òî íóæíî – ýòî òàêòîâûé ñèãíàë ñ àìïëèòóäîé, ðàâíîé òðåáóåìîìó îòðèöàòåëüíîìó íàïðÿæåíèþ. Íà Ðèñóíêå 6 íåîáõîäèìûé ñèãíàë îáåñïå÷èâàåòñÿ âõîäíûìè èìïóëüñàìè. Íà ïîëîæèòåëüíûõ ôðîíòàõ èìïóëüñû ïðîõîäÿò ÷åðåç C1 è D2 íà çåìëþ. Êîãäà óðîâåíü òàêòîâîãî ñèãíàëà ñìåíÿåòñÿ íà íèçêèé, ñâÿçàííûé ïî ïåðåìåííîìó òîêó èìïóëüñ îòêðûâàåò äèîä D1 è çàðÿæàåò êîíäåíñàòîð C2 îòðèöàòåëüíûì íàïðÿæåíèåì. Ïîñëå íåñêîëüêèõ öèêëîâ C2 áóäåò çàðÿæåí äî îòðèöàòåëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, ðàâíîãî àìïëèòóäå èìïóëüñîâ çà Òàêòîâûå èìïóëüñû
C1
D1
Âõîä
Âûõîä –V D2
C2
Ðèñóíîê 6.  ýòîì èíâåðòèðóþùåì çàðÿäîâîì íàñîñå èñòî÷íèêîì íåîáõîäèìîé ýíåðãèè ñëóæàò âõîäíûå èìïóëüñû.
43
âû÷åòîì ïàäåíèÿ íà äèîäå. Êîëè÷åñòâî òîêà, êîòîðîå ìîæíî çàáðàòü îò ïðåîáðàçîâàòåëÿ, çàâèñèò, ïðåæäå âñåãî, îò èìïåäàíñà èñòî÷íèêà, ÷àñòîòû è åìêîñòè íàêîïèòåëüíîãî êîíäåíñàòîðà. Íà Ðèñóíêå 7 ïðåäñòàâëåí ðåçóëüòàò ìîäåëèðîâàíèÿ â LTspice ñõåìû Ðèñóíîê 6, ãäå ôèîëåòîâûé öâåò ñîîòâåòñòâóåò ñèãíàëó óïðàâëåíèÿ, à ñèíèé – âûõîäíîìó íàïðÿæåíèþ. Òî, ÷òî ýòî ïîõîæå íà ðàáîòó çàðÿäîâîãî íàñîñà Äèêñîíà, – íå ñëó÷àéíî. Ïî ñóòè, ýòî òà æå ñõåìà, íî ôîðìèðóþùàÿ íà êîíäåíñàòîðå îòðèöàòåëüíîå íàïðÿæåíèå è íå èìåþùàÿ ïîëîæèòåëüíîãî ñìåùåíèÿ VIN, íà êîòîðîì ïîñòðîåí òðàäèöèîííûé Äèêñîí. Âñå îñòàëüíîå èäåíòè÷íî.  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ñôåðû ïðèìåíåíèÿ çàðÿäîâûõ íàñîñîâ áûëè îãðàíè÷åíû áîëåå íèçêèìè íàïðÿæåíèÿìè è òîêàìè, íî ñîâåðøåíñòâîâàíèå òåõíîëîãè÷åñêèõ ïðîöåññîâ ïðîèçâîäñòâà ÌÎÏ ïðèáîðîâ â íàïðàâëåíèè óâåëè÷åíèÿ êàê íàïðÿæåíèÿ, òàê è ìîùíîñòè ñäåëàëè âûñîêîâîëüòíûå è ìîùíûå çàðÿäîâûå íàñîñû ðåàëüíîñòüþ. Áóëüøèå êîýôôèöèåíòû ïðåîáðàçîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ äåëàþò çàðÿäîâûå íàñîñû ïðèâëåêàòåëüíîé çàìåíîé òðàíñôîðìàòîðàì âî
44
Ðèñóíîê 7. Ýòî ðåçóëüòàò ìîäåëèðîâàíèÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 5.
ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ ýëåêòðîïèòàíèÿ. Äàæå òîãäà, êîãäà îíè èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå ïðåäðåãóëÿòîðîâ íàïðÿæåíèÿ äëÿ ØÈÌïðåîáðàçîâàòåëåé, îíè ìîãóò ïîìî÷ü ïîâûñèòü îáùèé ÊÏÄ ïî ñðàâíåíèþ ñ îäíîñòóïåí÷àòûì ØÈÌ-ïðåîáðàçîâàíèåì. Ïîñêîëüêó êîíäåíñàòîðû îòíîñèòåëüíî äåøåâû è ìàëû, îíè òàêæå ìîãóò óìåíüøèòü ñòîèìîñòü è ðàçìåðû êîíñòðóêöèé ïðåîáðàçîâàòåëåé íàïðÿæåíèÿ. Õîòÿ áàçîâàÿ òåõíîëîãèÿ åìêîñòíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ íàïðÿæåíèÿ ñóùåñòâóåò óæå áîëåå 100 ëåò, òîëüêî ñåé÷àñ ïîÿâèëèñü ïîëóïðîâîäíèêîâûå òåõíîëîãèè, íåîáõîäèìûå äëÿ åå ïîâñåìåñòíîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Æäèòå, ÷òî â áóäóùåì èõ ñòàíåò áîëüøå. ÐË
ÑÒÀÒÜÈ
«Ëèíåéíûé» òåðìîðåçèñòîð ñ ïîëîæèòåëüíûì ÒÊÑ ïðåîäîëåâàåò íåäîñòàòêè NTC òåðìèñòîðîâ Bill Schweber Electronic Design Ñåìåéñòâî PTC òåðìèñòîðîâ ðåøàåò ïðîáëåìû îøèáîê êàëèáðîâêè è ëèíåéíîñòè, ñâÿçàííûå ñ îáû÷íûìè NTC óñòðîéñòâàìè
èçìåðÿåìîé ôèçè÷åñêîé ïåðåìåííîé, è äëÿ åå èçìåðåíèÿ ó ðàçðàáîò÷èêîâ åñòü ìíîãî âàðèàíòîâ äàò÷èêîâ, âêëþ÷àÿ òåðìîïàðû, òåðìîìåòðû ñîïðîòèâëåíèÿ, òâåðäîòåëüíûå ñåíñîðû ñ òîêîâûìè âûõîäàìè è òåðìèñòîðû – è ýòî ëèøü ÷àñòü èç òîãî, ÷òî ïðèõîäèò íà óì. Ñðåäè íèõ òåðìèñòîðû ñ îòðèöàòåëüíûì òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì (NTC) øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ äëÿ èçìåðåíèÿ òåìïåðàòóðû â ïðîìûøëåííûõ, àâòîìîáèëüíûõ, ìåäèöèíñêèõ, êîíòðîëüíî-èçìåðèòåëüíûõ è áûòîâûõ ïðèëîæåíèÿõ èç-çà èõ íèçêîé ñòîèìîñòè, øèðîêîãî äèàïàçîíà è îòíîñèòåëüíîé ïðîñòîòû ïîäêëþ÷åíèÿ. Îäíàêî NTC òåðìèñòîðàì ïðèñóùè õîðîøî èçâåñòíûå íåäîñòàòêè. Íàðÿäó ñ áîëüøèì òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì ñîïðîòèâëåíèÿ (÷òî, ðàçóìååòñÿ, õîðîøî), îíè èìåþò ñèëüíî íåëèíåéíóþ (õîòÿ è ãëàäêóþ) çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ îò òåìïåðàòóðû (íå õîðîøî).  ðåçóëüòàòå äëÿ èõ ýôôåêòèâíîãî
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
èñïîëüçîâàíèÿ ðàçðàáîò÷èêè ñõåì è ñèñòåì äîëæíû ðåàëèçîâàòü îäíó èëè íåñêîëüêî ñòðàòåãèé. Òàêèå ìåòîäû âêëþ÷àþò ìíîãîòî25
Ñîïðîòèâëåíèå (êÎì)
ÒÒåìïåðàòóðà ÿâëÿåòñÿ íàèáîëåå øèðîêî
20
15
10
5 –40
–15
10
35 60 85 Òåìïåðàòóðà (°C)
110
135
160
Ðèñóíîê 1. Òèïîâàÿ çàâèñèìîñòü ñîïðîòèâëåíèÿ îò òåìïåðàòóðû äàò÷èêà TMP61 äåìîíñòðèðóåò äîâîëüíî âûñîêóþ ñòåïåíü ëèíåéíîñòè.
45
÷å÷íóþ êàëèáðîâêó, èñïîëüçîâàíèå íåñêîëüêèõ òåðìèñòîðîâ ñ ïåðåêðûâàþùèìèñÿ äèàïàçîíàìè, ïîèñêîâûå òàáëèöû (÷àñòî ñ èíòåðïîëÿöèåé) èëè âûïîëíåíèå êîððåêòèðóþùèõ âû÷èñëåíèé íà îñíîâå ñòàíäàðòíîãî óðàâíåíèÿ Ñòåéíõàðòà-Õàðòà (èëè óïðîùåííîé ïîëèíîìèàëüíîé ðåãðåññèè), ìîäåëèðóþùèõ èõ ïåðåäàòî÷íóþ ôóíêöèþ. Ïðèçíàâàÿ êàê èõ ïðèâëåêàòåëüíîñòü, òàê è íåäîñòàòêè, Texas Instruments (TI) ïðåäñòàâèëà ñåìåéñòâî îñíîâàííûõ íà êðåìíèè òåðìèñòîðîâ ñ ïîëîæèòåëüíûì òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì (PTC) – êîìïëåìåíòàðíûõ ê NTC óñòðîéñòâàì è íà 50% áîëåå òî÷íûõ. Íàïðèìåð, âûñîêîëèíåéíûé PTC òåðìèñòîð TMP61 èìååò íîìèíàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå 10 êÎì ïðè 25 °C ïðè ìàêñèìàëüíîé íåëèíåéíîñòè ±1% â èíòåðâàëå îò 0 to 70 °C è ìîæåò ðàáîòàòü â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò –40 °C äî +125 °C (Ðèñóíîê 1). Îí ñîõðàíÿåò ïîñòîÿííóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü âî âñåì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð ñ òåìïåðàòóðíûì êîýôôèöèåíòîì ñîïðîòèâëåíèÿ (TCR) 6400 ppm/°C ïðè 25 °C è òèïîâûì äîïóñòèìûì îòêëîíåíèåì TCR, ðàâíûì 0.2% âî âñåì ðàáî÷åì äèàïàçîíå. Åãî àíàëîã TMP63 èìååò íîìèíàëüíîå ñîïðîòèâëåíèå 100 êÎì ïðè 25 °C, òîãäà êàê ñîïðîòèâëåíèå TMP64 ðàâíî 47 êÎì. Ïî ñðàâíåíèþ ñ NTCóñòðîéñòâàìè, òåðìèñòîðû òðåáóþò ìèíèìàëüíûõ àïïàðàòíûõ èëè ïðîãðàììíûõ ñðåäñòâ ëèíåàðèçàöèè èëè íå íóæäàþòñÿ â íèõ âîâñå, êàëèáðóþòñÿ òîëüêî â îäíîé òî÷êå, èìåþò ìåíüøèé ðàçáðîñ îòêëîíåíèé ñîïðîòèâëåíèÿ è îáåñïå÷èâàþò ëó÷øóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ. TI óòâåðæäàåò, ÷òî, èñêëþ÷àÿ íåîáõîäèìîñòü â ñõåìàõ ëèíåàðèçàöèè èëè â äîïîëíèòåëüíûõ NTC òåðìèñòîðàõ, ýòè PTC òåðìèñòîðû óïðîùàþò êîíñòðóêöèþ, ñíèæàþò ñòîèìîñòü ñèñòåìû è ñîêðàùàþò òðåáóåìóþ ïëîùàäü ïå÷àòíîé ïëàòû, êàê ìèíèìóì, íà 33% ïî ñðàâíåíèþ ñ òåðìèñòîðàìè NTC. Êàê è äëÿ âñåõ óñòðîéñòâ, îñîáåííî äàò÷èêîâ òåìïåðàòóðû, ÷àñòî ðàáîòàþùèõ â àãðåññèâíûõ ñðåäàõ, ñóùåñòâóåò âåðîÿòíîñòü îòêàçà PTC òåðìèñòîðà. Òåðìèñòîðû ìîãóò ðàáîòàòü îò èñòî÷íèêà íàïðÿæåíèÿ èëè òîêà (Ðèñóíîê 2), è, õîòÿ ó êàæäîãî ïîäõîäà ê ïèòàíèþ åñòü ñâîè ïëþñû è ìèíóñû, â îáîèõ ñëó÷àÿõ êîðîòêîå çàìûêàíèå ìîæåò èìåòü íåïðèÿòíûå ïîñëåäñòâèÿ äëÿ âñåé ñèñòåìû. Ïî ýòîé
46
VBIAS RBIAS
IBIAS +
+ RTMP61
VTEMP =
VTEMP
RTMP61
VTEMP
–
–
VBIAS × R TMP 61 RBIAS + R TMP 61
VTEMP = IBIAS × R TMP 61
Ðèñóíîê 2. Äëÿ ïèòàíèÿ ðåçèñòèâíîãî ýëåìåíòà – òåðìèñòîðà – ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ èñòî÷íèê íàïðÿæåíèÿ (ñëåâà) èëè èñòî÷íèê òîêà (ñïðàâà). Íà ïðàêòèêå â áîëüøèíñòâå ñõåì, óïðàâëÿåìûõ íàïðÿæåíèåì, èñïîëüçóþò ëîãîìåòðè÷åñêèé ìåòîä èçìåðåíèÿ, ÷òîáû íåéòðàëèçîâàòü âëèÿíèå äðåéôà èñòî÷íèêà.
ïðè÷èíå óñòðîéñòâà TI èìåþò âñòðîåííóþ «çàùèòó îò îòêàçîâ» íà ñëó÷àé êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ. Êîíå÷íî, áîëüøîå çíà÷åíèå ïðè èçìåðåíèÿõ òåìïåðàòóðû èìåþò ôèçè÷åñêèå ðàçìåðû äàò÷èêîâ, ïîñêîëüêó òåïëîâàÿ ìàññà âëèÿåò êàê íà âðåìÿ îòêëèêà, òàê è íà âîçìîæíîñòü ðàçìåùåíèÿ äàò÷èêà â íóæíîì ìåñòå. TMP61 âûïóñêàþòñÿ â êîðïóñàõ íåñêîëüêèõ òèïîâ, â òîì ÷èñëå, â êîðïóñå ðàçìåðîì 0.60 × 1.00 ìì (ñîâìåñòèìîì ñ 0402), â TO92S (4.00 × 3.15 ìì) è â SOT-5X3 (0.80 × × 1.20 ìì). TMP63 ïîñòàâëÿåòñÿ â êîðïóñå ðàçìåðîì 0.60 × 1.00 ìì, à òàêæå â äðóãèõ êîðïóñàõ TMP. Êðîìå òîãî, 10-êèëîîìíûå
Ðèñóíîê 3. Îöåíî÷íûé íàáîð TMP6EVM äëÿ òåðìèñòîðîâ ñåìåéñòâà TMP61 ïîääåðæèâàåòñÿ ïîäðîáíûì ðóêîâîäñòâîì è ãðàôè÷åñêèì èíòåðôåéñîì ïîëüçîâàòåëÿ äëÿ ÏÊ ñ ÎÑ Windows.
ÑÒÀÒÜÈ
òåðìèñòîðû TMP61 è 100-êèëîîìíûå TPM63 âûïóñêàþòñÿ â âåðñèÿõ äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ñõåìàõ àâòîìîáèëüíîé ýëåêòðîíèêè. Öåíà îäíîãî òåðìèñòîðà â ïàðòèÿõ èç 1000 óñòðîéñòâ íà÷èíàåòñÿ îò $0.05. Äëÿ òåñòèðîâàíèÿ ïðèáîðîâ è îöåíêè èõ âîçìîæíîñòåé TI ïðåäëàãàåò îöåíî÷íûé íàáîð TMP6EVM, èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ êîòîðîãî ìîæåò ñëóæèòü íàïðÿæåíèå 5  èíòåðôåéñà USB èëè áàòàðåéêà CR2032 (Ðèñóíîê 3). Ýòîò àâòîíîìíûé ìîäóëü ñîäåðæèò âûïóñêàåìûé êîìïàíèåé öèôðîâîé äàò÷èê TMP116, èñïîëüçóåìûé â êà÷åñòâå ëîêàëüíîãî ýòàëîíà òåìïåðàòóðû, à òàêæå äâà àíàëî-
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
ãîâûõ êàíàëà. Ñåêöèÿ äàò÷èêà ìîæåò áûòü îòäåëåíà îò îñíîâíîé ïëàòû äëÿ ýìóëÿöèè ñèñòåìû, â êîòîðîé äàò÷èê óäàëåí îò õîñòêîíòðîëëåðà (îáû÷íàÿ ñèòóàöèÿ), â òî âðåìÿ êàê íà ÆÊ-äèñïëåå â ðåàëüíîì âðåìåíè îòîáðàæàþòñÿ ïîòîêîâûå äàííûå èçìåðåíèé òåìïåðàòóðû ñ ÷àñòîòîé îáíîâëåíèÿ 2 Ãö. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TMP116 2. Datasheet Texas Instruments TMP61 3. Datasheet Texas Instruments TMP63 4. Datasheet Texas Instruments TMP64
47
ÂÛÑÎÊÎÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÍÀß ÐÎÑÑÈß
Ãðóïïà êîìïàíèé Îñòåê è åå ïàðòíåðû – íà ðóáåæå 2010 ãîäîâ Þðèé Ïåòðîïàâëîâñêèé
Ð
Ðîññèéñêàÿ ýëåêòðîíèêà â öåëîì ê ñåðåäèíå «íóëåâûõ» ãîäîâ âûøëà íà êà÷åñòâåííî íîâûé óðîâåíü ðàçâèòèÿ, çíà÷èòåëüíî ïîâûñèëñÿ è óðîâåíü ïðåäïðèÿòèé-ïðîèçâîäèòåëåé àïïàðàòóðû.  ñòðàíå ïîÿâèëèñü ïðåäïðèÿòèÿ, ïðîèçâîäÿùèå íå òîëüêî ñïåöèàëüíóþ òåõíèêó, íî è ìàññîâóþ áûòîâóþ àïïàðàòóðó, ïðè÷åì íå òîëüêî ïîä ñâîèìè, íî è ïîä òîðãîâûìè ìàðêàìè çàðóáåæíûõ ôèðì. Äëÿ êðóïíîñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà îòå÷åñòâåííûõ óñëîâíûõ «Ïàíàñîíèêîâ» ïðåäïðèÿòèÿì íåîáõîäèìî ðàñïîëàãàòü òåõíîëîãè÷åñêèì ñáîðî÷íî-ìîíòàæíûì îáîðóäîâàíèåì ñîîòâåòñòâóþùåãî óðîâíÿ. Ïðîèçâîäèò òàêîå îáîðóäîâàíèå ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøîå ÷èñëî êîìïàíèé, â îñíîâíîì èç Åâðîïû, ßïîíèè, ÑØÀ è Þæíîé Êîðåè (åñòü íåñêîëüêî ïðîèçâîäèòåëåé èç Èçðàèëÿ è Òàéâàíÿ). Êèòàéñêîå îáîðóäîâàíèå íà òîò ïåðèîä íå «äîòÿãèâàëî» äî íåîáõîäèìîãî óðîâíÿ êà÷åñòâà è ïðàêòè÷åñêè íå èñïîëüçîâàëîñü íà îòå÷åñòâåííûõ ïðåäïðèÿòèÿõ. Íåìàëóþ ðîëü â îáåñïå÷åíèè ðîññèéñêèõ ïðîèçâîäèòåëåé ýëåêòðîíèêè òåõíîëîãè÷åñêèì îáîðóäîâàíèåì è ìàòåðèàëàìè ñûãðàëà êîìïàíèÿ Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê, ïîñòàâëÿþùàÿ îáîðóäîâàíèå âåäóùèõ êîìïàíèé ìèðà è ê ñåðåäèíå «íóëåâûõ» ãîäîâ çàíèìàâøàÿ áîëåå 60% ðûíêà òàêîãî îáîðóäîâàíèÿ â Ðîñ-
48
ñèè. Ñîñòîÿùàÿ èç äâóõ ÷åëîâåê â 1991 ãîäó, êîìïàíèÿ ê 2008 ãîäó ðàñïîëàãàëà 160 âûñîêîêâàëèôèöèðîâàííûìè ñïåöèàëèñòàìè. Ñåðâèñíûå èíæåíåðû êîìïàíèè ïîñòîÿííî ïîâûøàþò êâàëèôèêàöèþ, ïðîõîäÿò îáó÷åíèå è ñåðòèôèêàöèþ íà ïðåäïðèÿòèÿõ ïðîèçâîäèòåëåé òåõíîëîãè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ ïàðòíåðîâ êîìïàíèè â ßïîíèè, ÑØÀ, Þæíîé Êîðåè, Èçðàèëå è åâðîïåéñêèõ ñòðàíàõ. Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê ïðåäñòàâëÿëè íà ðîññèéñêèé ðûíîê îáîðóäîâàíèå è òåõíîëîãè÷åñêèå ìàòåðèàëû äëÿ ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðîíèêè áîëåå 60 çàðóáåæíûõ êîìïàíèé (ïî ñîñòîÿíèþ íà 2008-2010 ãîäû), ìíîãèå èç êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ ìèðîâûìè ëèäåðàìè â ñâîèõ ñåãìåíòàõ ðûíêà. Ïåðå÷èñëèì íåêîòîðûå èç íèõ (âêëþ÷åíû êîìïàíèè, äåéñòâóþùèå äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè). ! Fuji Machine Manufacturing (ßïîíèÿ) – îäèí èç êðóïíåéøèõ â ìèðå ïðîèçâîäèòåëåé àâòîìàòè÷åñêèõ ìîäóëüíûõ óñòàíîâîê ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà. Êîìïàíèÿ îñíîâàíà â 1959 ãîäó êàê ðàçðàáîò÷èê è ïðîèçâîäèòåëü ìîíîôóíêöèîíàëüíûõ ñòàíêîâ (ñåðèÿ FS).  1981 ãîäó êîìïàíèÿ âûïóñòèëà ïåðâûé àâòîìàòè÷åñêèé óñòàíîâùèê ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ ñåðèè ÑÐ.  2003 ãîäó êîìïàíèÿ íà÷àëà ïðîèçâî-
ÑÒÀÒÜÈ
äñòâî ìîäóëüíîé àâòîìàòè÷åñêîé ñèñòåìû óñòàíîâêè êîìïîíåíòîâ íà ïå÷àòíûå ïëàòû ñåðèè NXT.  íàñòîÿùåå âðåìÿ âûïóñêàåòñÿ Ìîäóëüíûé âûñîêîïðîèçâîäèòåëüíûé ãèáêèé àâòîìàò äëÿ óñòàíîâêè êîìïîíåíòîâ Fuji NXT III (Ðèñóíîê 1).
Ðèñóíîê 2. Òåñòåð äâóñòîðîííèõ ïå÷àòíûõ óçëîâ ñåðèè Flying Probe 4080. Ðèñóíîê 1. Àâòîìàò óñòàíîâêè êîìïîíåíòîâ Fuji NXT III.
! SPEA (Èòàëèÿ) – ðàçðàáîò÷èê è ïðîèçâîäèòåëü àâòîìàòèçèðîâàííîãî îáîðóäîâàíèÿ äëÿ òåñòèðîâàíèÿ ÌÝÌÑ, äàò÷èêîâ, ìèêðîñõåì è ïå÷àòíûõ ïëàò.  1976 ãîäó èíæåíåð êîìïàíèè General Electric Ëó÷àíî Áîíàðè ðåøèë ñàìîñòîÿòåëüíî çàíÿòüñÿ ñîçäàíèåì êîìïàíèè ïî ðàçðàáîòêå èñïûòàòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ (ïðåäïðèÿòèå íàõîäèòñÿ â êîììóíå Âîëüïüÿíî, ïðîâèíöèÿ Òóðèí).  1977 ãîäó áûë âûïóùåí ïåðâûé ìíîãîôóíêöèîíàëüíûé ïðèáîð äëÿ òåñòèðîâàíèÿ ýëåêòðîííûõ ïëàò. Êðîìå øòàá-êâàðòèðû â Âîëüïüÿíî êîìïàíèÿ ðàñïîëàãàåò äî÷åðíèìè êîìïàíèÿìè â ÑØÀ, Ãåðìàíèè, Êèòàå, Êîðåå è Ñèíãàïóðå.  íàñòîÿùåå âðåìÿ êîìïàíèÿ âûïóñêàåò øèðîêèé ñïåêòð àâòîìàòèçèðîâàííîãî òåñòîâîãî îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ðàäèîýëåêòðîííîãî è ïîëóïðîâîäíèêîâîãî ïðîèçâîäñòâà. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà ñîâðåìåííàÿ óñòàíîâêà äëÿ òåñòèðîâàíèÿ äâóñòîðîííèõ ïå÷àòíûõ óçëîâ ñ «ëåòàþùèìè» ïðîáíèêàìè SPEA ñåðèè Flying Probe 4080. ! IMV Corporation (ßïîíèÿ, îñíîâàíà â 1957 ãîäó) – âåäóùèé ðàçðàáîò÷èê è ïðîèçâîäèòåëü âèáðîèñïûòàòåëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ êîìïàíèÿ âûïóñêàåò ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèå âèáðàöèîííûå
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
ñèñòåìû, êîíòðîëëåðû âèáðàöèé, èçìåðèòåëüíûå ñèñòåìû, ñåéñìîòåñòåðû è íåêîòîðûå äðóãèå ïðîäóêòû.  àññîðòèìåíòå êîìïàíèè âèáðàöèîííûå ñòåíäû ñî ñòåïåíÿìè ñâîáîäû îò îäíîé (ñåðèÿ À) äî øåñòè (ñåðèÿ TTS). Íà Ðèñóíêå 3 ïîêàçàí òðåõîñåâîé âèáðîñòåíä ñåðèè ÒÑ. ! ESPEC Corporation (ßïîíèÿ) – âåäóùèé ìèðîâîé ïðîèçâîäèòåëü êëèìàòè÷åñêîãî îáîðóäîâàíèÿ è êàìåð äëÿ êëèìàòè÷åñêèõ èñïûòàíèé. Êîìïàíèÿ îñíîâàíà â 1947 ãîäó â Îñàêå (ïîä íàçâàíèåì TABAI MFG CO., Ltd).  1954 ãîäó TABAI âûïóñòèëà ïåðâûé îðèãèíàëüíûé ïðîäóêò – íèçêîòåì-
Ðèñóíîê 3. Òðåõîñåâîé âèáðîñòåíä ñåðèè ÒÑ êîìïàíèè IMV Corporation.
49
ïåðàòóðíóþ ñóøèëêó. Ó íàñ êîìïàíèÿ ESPEC õîðîøî èçâåñòíà åùå ñî âðåìåí ÑÑÑÐ êàê ïîñòàâùèê êàìåð äëÿ êðèòè÷åñêèõ èñïûòàíèé, òûñÿ÷è êîòîðûõ áûëè ïîñòàâëåíû íà îáîðîííûå ïðåäïðèÿòèÿ ñòðàíû.  êàòàëîãàõ êîìïàíèè 2020 ãîäà ïðåäñòàâëåíû ïðîäóêòû â ñëåäóþùèõ îñíîâíûõ êàòåãîðèÿõ: êàìåðû òåìïåðàòóðû (è âëàæíîñòè), êàìåðû òåïëîâîãî óäàðà, âòîðè÷íîå àêêóìóëÿòîðíîå îáîðóäîâàíèå, ñèñòåìû èçìåðåíèÿ è îöåíêè, ïîëóïðîâîäíèêîâîå îáîðóäîâàíèå. Âíåøíèé âèä íåêîòîðûõ ñîâðåìåííûõ òåìïåðàòóðíûõ êàìåð ESPEC ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 4.
Ðèñóíîê 4. Òåìïåðàòóðíûå êàìåðû êîìïàíèè ESPEC.
! Kurtz Ersa Corporation (Ãåðìàíèÿ) – âåäóùèé ìèðîâîé ïðîèçâîäèòåëü ïàÿëüíîãî îáîðóäîâàíèÿ ïîä òîðãîâîé ìàðêîé ERSA. Êîìïàíèÿ âåäåò ñâîþ ïî÷òè 100ëåòíèþ èñòîðèþ ñ ðåãèñòðàöèè Ýðíñòîì Ñàêñîì â 1921 ãîäó â Áåðëèíå ïðåäïðèÿòèÿ ïî ïðîèçâîäñòâó ïàÿëüíèêîâ.  1993 ãîäó ERSA âîøëà â ñîñòàâ êîðïîðàöèè Kurtz Group, à â 1997 ãîäó êîìïàíèÿ ïðåäñòàâèëè ñâîþ ïåðâóþ ñèñòåìó ñåëåêòèâíîé ïàéêè VERSAFLOW.  íàñòîÿùåå âðåìÿ êîìïàíèÿ âûïóñêàåò øèðîêèé ñïåêòð îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðîíèêè, â òîì ÷èñëå òðàôàðåòíûå ïðèíòåðû, ïàÿëüíûå ñèñòåìû âîëíîé ïðèïîÿ è ñåëåêòèâíîé ïàéêè. Íà Ðèñóíêå 5 ïîêàçàíà ñîâðåìåííàÿ óñòàíîâêà ñåëåêòèâíîé ïàéêè VERSAFLOW-4/55. Ëèäåðñêàÿ ïîçèöèÿ êîìïàíèè Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê íà ðîññèéñêîì ðûíêå ïîçâîëèëà åé ïðèâëå÷ü ê ñåðåäèíå «íóëåâûõ» ãîäîâ áîëåå 2000 êëèåíòîâ (çàêàç÷èêîâ îáîðóäîâàíèÿ), â òîì ÷èñëå áîëåå 100 âåäóùèõ ðîññèéñêèõ ïðåäïðèÿòèé, ìíîãèå èç êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ ïðîèçâîäèòåëÿìè êðóïíîñåðèéíîé ðàäèî-
50
Ðèñóíîê 5. Óñòàíîâêà ñåëåêòèâíîé ïàéêè VERSAFLOW-4/55.
ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðû. Íåêîòîðûå êðóïíûå êëèåíòû êîìïàíèè áûëè óïîìÿíóòû â ïðåäûäóùåé ñòàòüå àâòîðà; ïðèâåäåì åùå ðÿä çíàêîâûõ ðîññèéñêèõ êîìïàíèé, ÿâëÿþùèõñÿ êëèåíòàìè Ïðåäïðèÿòèÿ Îñòåê: ÎÎÎ «Çàâîä Òåëåáàëò», ÎÎÎ «ËÂÑ ÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÑ», êîìïàíèè Àðãóñ-ñïêòð, Àëüòîíèêà, Ôàñòâåë è ìíîãèå äðóãèå.  2007 ãîäó Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê ñîçäàåò äî÷åðíþþ êîìïàíèþ ÇÀÎ «ÀðòÒóë» (âïîñëåäñòâèè ÎÎÎ «Îñòåê ÀðòÒóë»), ñôåðà äåÿòåëüíîñòè êîòîðîé íàïðàâëåíà íà êîìïëåêñíîå îñíàùåíèå ðàáî÷èõ ìåñò è ñåðâèñíûõ öåíòðîâ íà ïðåäïðèÿòèÿõ è â íàó÷íîèññëåäîâàòåëüñêèõ îðãàíèçàöèÿõ.  ðàìêàõ ýòîãî íàïðàâëåíèÿ íîâàÿ êîìïàíèÿ îáåñïå÷èâàåò ïîñòàâêè ñëåäóþùèõ âèäîâ ïðîäóêòîâ (òåêóùåå ñîñòîÿíèå íà 2020 ãîä). ! Àíòèñòàòè÷åñêàÿ ìåáåëü, îñíàùåíèå è ìàòåðèàëû – ðàáî÷èå ìåñòà, ñòóëüÿ, íàïîëüíûå ïîêðûòèÿ, êîâðû, îáóâü, òàðà, óïàêîâêà, ñïåöîäåæäà, áðàñëåòû, çàçåìëåíèÿ, ðó÷íîé èíñòðóìåíò, àêñåññóàðû è ñðåäñòâà äëÿ óáîðêè, îôèñíûå ïðèíàäëåæíîñòè, ñðåäñòâà òðàíñïîðòèðîâêè (âñå â àíòèñòàòè÷åñêèõ èñïîëíåíèÿõ). ! Îáîðóäîâàíèå äëÿ äûìîóäàëåíèÿ è ôèëüòðàöèè âîçäóõà – äûìîóëîâèòåëè, âîçäóõîâîäû, ïåðåõîäíèêè, äûìîïðèåìíèêè è ôèëüòðû êîìïàíèè Bofa International Ltd (Âåëèêîáðèòàíèÿ). ! Îáîðóäîâàíèå äëÿ âàêóóìíîé óïàêîâêè – âàêóóìíûå óïàêîâî÷íûå ìàøèíû êîìïàíèé Welcomepack (Þæíàÿ Êîðåÿ), Iteco Trading S. R. L. (Èòàëèÿ), Intrise Co. Ltd (Þæíàÿ Êîðåÿ), ïàêåòû, èíäèêàòîðû âëàæíîñòè. ! Ñèñòåìû äîçèðîâàíèÿ – äîçàòîðû, èãîëêè, ðàñõîäíûå ìàòåðèàëû äëÿ äîçèðîâàíèÿ.
ÑÒÀÒÜÈ
Ðèñóíîê 8. Öèôðîâîé USB-ìèêðîñêîï DinoLite AM4013MZT.
Ðèñóíîê 6. Ïàÿëüíàÿ ñòàíöèÿ êîìïàíèè JBC.
! Ïàÿëüíîå îáîðóäîâàíèå: # Ïàÿëüíûå ñòàíöèè êîìïàíèè JBC Soldering SL (Èñïàíèÿ). Íà Ðèñóíêå 6 îäíà èç ñîâðåìåííûõ ìîäåëåé ïàÿëüíûõ ñòàíöèé JBC. # Ïàÿëüíûå ðîáîòû êîìïàíèè Sinergo SRL (Èòàëèÿ). # Ãàçîâûå ïàÿëüíèêè; ïàÿëüíî-ðåìîíòíûå ñòàíöèè êîìïàíèè PACE (ÑØÀ). Íà Ðèñóíêå 7 ìîäåëü ADS200. # Òåðìîâîçäóøíûå ñòàíöèè PACE; íàêîíå÷íèêè è ñîïëà äëÿ ïàÿëüíèêîâ; ïîäîãðåâàòåëè ïå÷àòíûõ ïëàò; òåðìîèíñòðóìåíòû; ïîäñòàâêè è äðóãèå ïðîäóêòû. ! Ðó÷íîé èíñòðóìåíò – áîêîðåçû, êóñà÷êè, ýëåêòðè÷åñêèå âèíòîâåðòû êîìïàíèè Korver SRI (Èòàëèÿ), îòâåðòêè, ïèíöåòû, âàêóóìíûå îòñîñû è ïèíöåòû, ýëåêòðîíîæè. ! Èíñòðóìåíòû äëÿ âèçóàëüíîãî êîíòðîëÿ: # Ñâåòèëüíèêè, ëàìïû-ëóïû, USB-ìèêðîñêîïû êîìïàíèè Anmo Electronics (Òàéâàíü). Íà Ðèñóíêå 8 ïîêàçàí öèôðîâîé USB-ìèêðîñêîï Dino-Lite AM4013MZT ñ êðàòíîñòüþ óâåëè÷åíèÿ äî õ200.
Ðèñóíîê 7. Ïàÿëüíî-ðåìîíòíàÿ ñòàíöèÿ PACE ADS200.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
# Ñèñòåìû âèçóàëüíîãî êîíòðîëÿ êîìïàíèè Vision Engineering (Âåëèêîáðèòàíèÿ). Íà Ðèñóíêå 9 ïîêàçàí ñòåðåîìèêðîñêîï SX100 ñ ìàêñèìàëüíûì óâåëè÷åíèåì õ320. ! Êîìïðåññîðû – ìàñëÿíûå è áåçìàñëÿíûå êîìïðåññîðû äëÿ íàãíåòàíèÿ âîçäóõà êîìïàíèè JUN-AIR (Äàíèÿ).
Ðèñóíîê 9. Ñòåðåîìèêðîñêîï SX100.
Ìèðîâîé êðèçèñ 2008/2009 ãîäîâ êîìïàíèÿ Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê óñïåøíî ïðåîäîëåëà, áîëåå òîãî, â ýòîò ïåðèîä áûëè ñîçäàíû íîâûå íàïðàâëåíèÿ äåÿòåëüíîñòè è ó÷ðåæäåíû ïðîôèëüíûå äî÷åðíèå êîìïàíèè äëÿ áîëåå ýôôåêòèâíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ñ êëèåíòàìè. Ñ 2008 ãîäà êîìïàíèÿ Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê íà÷àëà ðåàëèçàöèþ íîâîé ñòðàòåãèè ñ öåëüþ ïðåâðàùåíèÿ â îäíó èç ñàìûõ ýôôåêòèâíûõ êîìïàíèé â ñâîåé îòðàñëè, ïðåäîñòàâëÿþùåé êëèåíòàì ïîëíûé êîìïëåêñ èíæèíèðèíãîâûõ óñëóã ïî ìèðîâûì ñòàíäàðòàì.  ýòîì æå ãîäó êîìïàíèÿ ïîëó÷èëà ñåðòèôèêàò ñèñòåìû ìåíåäæìåíòà êà÷åñòâà ÃÎÑÒ Ð ÈÑÎ
51
9001:2008 (àíàëîã ìåæäóíàðîäíîãî ñòàíäàðòà ISO 9001:2008). Ñòàíäàðòû ISO ñåðèè 9000 Ìåæäóíàðîäíîé îðãàíèçàöèè ïî ñòàíäàðòèçàöèè (International Organization for Standardization) ÿâëÿþòñÿ îäíèìè èç ôóíäàìåíòàëüíûõ è ïðèìåíÿåìûõ ïðàêòè÷åñêè âñåìè ãîñóäàðñòâàìè ìèðà. Ñðåäè ñòàíäàðòîâ ñåðèè îñîáîå ìåñòî çàíèìàþò ñòàíäàðòû ISO 9001 ïîä íàçâàíèåì «Ñèñòåìà ìåíåäæìåíòà êà÷åñòâà. Òðåáîâàíèÿ». Ñîîòâåòñòâèå êîìïàíèé è ïðåäïðèÿòèé ýòîìó ñòàíäàðòó ÿâëÿåòñÿ äîêàçàòåëüñòâîì ãðàìîòíîãî óïðàâëåíèÿ ïðåäïðèÿòèåì è ñóùåñòâåííûì ïðåèìóùåñòâîì â êîíêóðåíòíîé áîðüáå. Áîëüøîå çíà÷åíèå Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê óäåëÿåò èíôîðìàöèîííîìó îáåñïå÷åíèþ íå òîëüêî ñâîèõ êëèåíòîâ, íî è øèðîêîãî êðóãà çàèíòåðåñîâàííûõ ñïåöèàëèñòîâ.  ñâÿçè ñ ðàçâèòèåì íîâûõ íàïðàâëåíèé â äåÿòåëüíîñòè êîìïàíèè íà÷àòî èçäàíèå íîâîãî èíôîðìàöèîííîãî áþëëåòåíÿ «ÑÎ-ÅÄÈÍÅÍÈÅ», ïîñâÿùåííîå îáðàáîòêå ïðîâîäîâ è êàáåëåé, ïåðâûé íîìåð êîòîðîãî âûøåë â èþíå 2008 ãîäà. Ýòà òåìà ñòàëà âîñòðåáîâàííîé â ñâÿçè ñ ðîñòîì â Ðîññèè ñëîæíîãî ïðîìûøëåííîãî ïðîèçâîäñòâà â òàêèõ îòðàñëÿõ, êàê àâòîìîáèëåñòðîåíèå, ñàìîëåòîñòðîåíèå, ñóäîñòðîåíèå, òåëåêîììóíèêàöèè è äðóãèõ.  2009 ãîäó â äåÿòåëüíîñòè êîìïàíèè ñîçäàíî íàïðàâëåíèå õèìèêî-òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåøåíèé äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïå÷àòíûõ ïëàò, à òàêæå âûïóùåí íîâûé áþëëåòåíü «Ñòåïåíü Èíòåãðàöèè».  2010 ãîäó â êîìïà-
Ðèñóíîê 10. Îáëîæêà æóðíàëà «Âåêòîð âûñîêèõ òåõíîëîãèé».
52
íèè ñîçäàíû íàïðàâëåíèÿ ðàçâèòèÿ îáðàçîâàíèÿ è ïðèêëàäíûõ èññëåäîâàíèé, íà÷àò âûïóñê íîâîãî áþëëåòåíÿ «Ïå÷àòíûå ïëàòû è ïîêðûòèÿ».  2013 ãîäó òåìàòèêà âñåõ ðàíåå èçäàâàâøèõñÿ áþëëåòåíåé âîøëà â íîâûé íàó÷íî-ïðàêòè÷åñêèé æóðíàë «Âåêòîð âûñîêèõ òåõíîëîãèé», èçäàâàåìûé è â íàñòîÿùåå âðåìÿ (Ðèñóíîê 10).  2008 ãîäó êîìïàíèÿ íà÷àëà ðàáîòó ïî ñîçäàíèþ îáíîâëåííîãî áðåíäà (ðåáðåíäèíãó), íàïðàâëåííóþ íà ýôôåêòèâíîå âçàèìîäåéñòâèå ñ ïîòðåáèòåëÿìè (êëèåíòàìè) ñâîèõ ïðîäóêòîâ è óñëóã, à òàêæå ñ çàðóáåæíûìè ïàðòíåðàìè. Ïðåäíàçíà÷åíèå êîìïàíèè ñòàëî ôîðìèðîâàòüñÿ êàê «Ïðèóìíîæåíèå ýôôåêòèâíîñòè ïðîèçâîäñòâà ïåðåäîâîé òåõíèêè».  ïðîöåññå ðàáîòû áûëè ñôîðìóëèðîâàíû ÷åòûðå öåííîñòè îáíîâëåííîãî áðåíäà Îñòåê: ðàçâèòèå, ñîäåéñòâèå, ëèäåðñòâî, îòêðûòîñòü. ! Ðàçâèòèå Ïîíÿòèå «ðàçâèòèå» ïîäðàçóìåâàåò, ÷òî äåÿòåëüíîñòü Îñòåê íàïðàâëåíà íà óâåëè÷åíèå ýôôåêòèâíîñòè ïðîèçâîäñòâåííîé äåÿòåëüíîñòè åå êëèåíòîâ ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ èõ êîíêóðåíòîñïîñîáíîñòè. Ýòî âîçìîæíî òîëüêî ïðè âíåäðåíèè â ïðîèçâîäñòâî ñàìûõ ñîâðåìåííûõ òåõíîëîãèé, äëÿ ÷åãî Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê ïîñòîÿííî ðàñøèðÿåò ñâîè ïðåäëîæåíèÿ íîâåéøèìè ïðîäóêòàìè âåäóùèõ ìèðîâûõ ïðîèçâîäèòåëåé. ! Ñîäåéñòâèå Ñîäåéñòâèå ñî ñòîðîíû Îñòåê ïîäðàçóìåâàåò îêàçàíèå âñåñòîðîííåé òåõíè÷åñêîé ïîääåðæêè, ñîïðîâîæäåíèå òåõíèêè, îáåñïå÷åíèå áåñïåðåáîéíîé ðàáîòû ïðîèçâîäñòâ ó êëèåíòîâ êîìïàíèè. Ïðè ýòîì Îñòåê íå íàâÿçûâàåò ñîáñòâåííûå ðåøåíèÿ, à òîëüêî ïðåäëàãàåò ñâîè çíàíèÿ, îïûò è âîçìîæíîñòè. ! Ëèäåðñòâî Ëèäåðñòâî Îñòåê âûðàæàåòñÿ â àêòèâíîì ñòðåìëåíèè ñòàòü ëó÷øèì ïàðòíåðîì äëÿ êëèåíòîâ, ñîçèäàòü è âäîõíîâëÿòü. Îñòåê – ýòî êîìïàíèÿ ñ ñàìûì áîëüøèì êîëè÷åñòâîì ðåàëèçîâàííûõ ïðîåêòîâ, ñ ñàìûì áîëüøèì îïûòîì â Ðîññèè. Ó êîìïàíèè åñòü âîçìîæíîñòè ïðåäîñòàâëåíèÿ êëèåíòàì ñàìûõ ýôôåêòèâíûõ ðåøåíèé, ïîñòðîåííûõ íà îáîðóäîâàíèè è ìàòåðèà-
ÑÒÀÒÜÈ
ëàõ îò êîìïàíèé-ëèäåðîâ â ñâîèõ ñåãìåíòàõ ðûíêà, è ñ ëó÷øèì ñåðâèñîì â îòðàñëè. ! Îòêðûòîñòü Îñòåê îáëàäàåò ýêñïåðòíûìè çíàíèÿìè â îáëàñòè òåõíîëîãèé ïðîèçâîäñòâà ýëåêòðîíèêè, êîòîðûìè ñïåöèàëèñòû êîìïàíèè îòêðûòî äåëÿòñÿ ñ êëèåíòàìè, à ÷åðåç áåñïëàòíî ðàñïðîñòðàíÿåìûå ïå÷àòíûå è öèôðîâûå èçäàíèÿ è ñî âñåìè æåëàþùèìè. Ëåòîì 2009 ãîäà ÇÀÎ Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê îòêðûëî íîâîå íàïðàâëåíèå õèìèêî-òåõíîëîãè÷åñêèõ ðåøåíèé, ñîçäàâ äî÷åðíþþ êîìïàíèþ ÎÎÎ «ÎÑÒÅÊ-Ñåðâèñ-Òåõíîëîãèÿ». Êîëëåêòèâ íîâîé êîìïàíèè ñîñòàâèëè ñïåöèàëèñòû èçâåñòíîé íà ðûíêå ôèðìû «Ýëåêòðîí-Ñåðâèñ-Òåõíîëîãèÿ», ÿâëÿâøåéñÿ â òî âðåìÿ âåäóùèì ðîññèéñêèì ïîñòàâùèêîì îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïå÷àòíûõ ïëàò. Ïî ñëîâàì îäíîãî èç ðóêîâîäèòåëåé Ïðåäïðèÿòèÿ Îñòåê À. Ã. Ðàçîðåíîâà, íîâûå íàïðàâëåíèÿ âàæíû òåì, ÷òî äàþò ñèíåðãèþ ñ äðóãèìè íàïðàâëåíèÿìè äåÿòåëüíîñòè. Íàïðèìåð, ìíîãèå êëèåíòû Ïðåäïðèÿòèÿ Îñòåê èìåþò ó÷àñòêè èçãîòîâëåíèÿ ïå÷àòíûõ ïëàò (ÏÏ), ñáîðî÷íî-ìîíòàæíûå ïðîèçâîäñòâà, ó÷àñòêè èçãîòîâëåíèÿ ýëåêòðîííûõ êîìïîíåíòîâ, êàáåëåé è ò. ï. Íà êîíå÷íûé ðåçóëüòàò â âèäå èçäåëèé è ýôôåêòèâíîñòè êîìïàíèé â öåëîì âëèÿþò âñå ñîñòàâëÿþùèå ïðîèçâîäñòâ. Áëàãîäàðÿ íîâîìó íàïðàâëåíèþ Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê ïîëó÷èëî âîçìîæíîñòü áîëåå äåòàëüíîé ïðîðàáîòêè âñåõ ïðîöåññîâ â êîìïëåêñå. Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê òðàäèöèîííî ñïåöèàëèçèðîâàëîñü íà òàê íàçûâàåìûõ «ñóõèõ ïðîöåññàõ» (òåõíîëîãèè íèçêî-è âûñîêîòåìïåðàòóðíîé êåðàìèêè, ãèáðèäíûõ ñõåì íà ïîëèêîðå, ñèòàëëå, ñàïôèðå è ò. ï.). Ñ îòêðûòèåì íîâîãî íàïðàâëåíèÿ ïîÿâèëàñü âîçìîæíîñòü ïðåäëàãàòü òåõíîëîãèè ñ «ìîêðûìè ïðîöåññàìè», íàïðèìåð, äëÿ ïðîèçâîäñòâà ïðèáîðîâ íà êåðàìè÷åñêèõ ïîäëîæêàõ. Òàêæå ïîÿâèëàñü âîçìîæíîñòü âíåäðåíèÿ íîâûõ òåõíîëîãèé èçãîòîâëåíèÿ ÏÏ, íàïðèìåð, ÏÏ ñî âñòðîåííûìè êîìïîíåíòàìè, ñ èñïîëüçîâàíèå òåõíîëîãèé ìèêðîýëåêòðîíèêè íà óðîâíå ÏÏ, íàïðèìåð, Flip-Chip, Chip-on-Board, òåõíîëîãèé ãèáêî-æåñòêèõ ïëàò. Êîðîòêî ïîÿñíèì ïîíÿòèÿ. Flip-chip – ìîíòàæ ìèêðîñõåì ìåòîäîì ïåðåâåðíóòîãî ÷èïà, êîãäà âûâîäû ðàñïîëîæåíû ïî âñåé ïîâåðõíîñòè êðèñòàëëà
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
ìèêðîñõåìû. Chip-on-Board – ìîíòàæ êðèñòàëëîâ ìèêðîñõåì è ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ íåïîñðåäñòâåííî íà ÏÏ. Ê òðàäèöèîííûì òåõíîëîãèÿì èçãîòîâëåíèÿ ÏÏ â 2000-å ãîäû ñòàëè äîáàâëÿòüñÿ è íîâûå, â ÷àñòíîñòè, òåõíîëîãèè ïðÿìîãî ïîëó÷åíèÿ èçîáðàæåíèÿ íà ÏÏ èç ýëåêòðîííîãî ôàéëà, ìèíóÿ òðàäèöèîííûé ïðîöåññ èçãîòîâëåíèÿ ôîòîøàáëîíîâ. Ïåðâûìè íà ðûíêå â êîíöå «íóëåâûõ» ãîäîâ ïîÿâèëèñü òåõíîëîãèè ïðÿìîãî ëàçåðíîãî ôîðìèðîâàíèÿ èçîáðàæåíèÿ íà ÏÏ (Laser Direct Imaging – LDI). Òàêèå òåõíîëîãèè ïðåäëàãàåò êîìïàíèÿ Orbotech, ïàðòíåðîì êîòîðîé â Ðîññèè âûñòóïàåò Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê. Êîìïàíèÿ Orbotech Ltd îñíîâàíà â 1981 ãîäó â ã. ßâíå (Èçðàèëü) ãðóïïîé èíæåíåðîâ èç êîìïàíèè Electro-Optical Industry Ltd âî ãëàâå ñ Øëîìîì Áàðàêîì. Äîñòàòî÷íî áûñòðî ñîçäàííàÿ êîìïàíèÿ çàíÿëà ëèäèðóþùèå ïîçèöèè â ñâîåì ñåãìåíòå ðûíêà àâòîìàòè÷åñêîé îïòè÷åñêîé èíñïåêöèè è îáîðóäîâàíèÿ äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ïå÷àòíûõ ïëàò.  2019 ãîäó Orbotech áûëà ïðèîáðåòåíà êîðïîðàöèåé KLA Corporation (ÑØÀ). Íà Ðèñóíêå 11 îäíà èç ñîâðåìåííûõ óñòàíîâîê Orbotech äëÿ ïðÿìîé âèçóàëèçàöèè èçîáðàæåíèé íà ÏÏ. Óñïåøíûé ïðèìåð âíåäðåíèÿ òåõíîëîãèé LDI è äðóãèõ ïðîöåññîâ ïðè èçãîòîâëåíèè ÏÏ êîìïàíèÿ Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê ðåàëèçîâàëà íà Ðÿçàíñêîì ïðèáîðíîì çàâîäå (ÃÐÏÇ), ÷òî áûëî îòìå÷åíî íàöèîíàëüíîé ïðåìèåé «Çîëîòàÿ èäåÿ». Îáîðóäîâàíèå DLI ïîñòàâëåíî
Ðèñóíîê 11. Óñòàíîâêà Orbotech äëÿ ïðÿìîé âèçóàëèçàöèè èçîáðàæåíèé.
53
Ïðåäïðèÿòèåì Îñòåê è óñïåøíî ðàáîòàåò íà äðóãèõ êðóïíûõ ïðåäïðèÿòèÿõ Ðîññèè, íàïðèìåð, íà çàâîäå «Êîìïîíåíò», èæåâñêîì çàâîäå «Àêñèîí-õîäèíã», çàâîäå «ÝËÀÐÀ» è äðóãèõ. ÀÎ «ÃÐÏÇ» ÿâëÿåòñÿ êðóïíåéøèì ðîññèéñêèì ïðåäïðèÿòèåì ïî ñåðèéíîìó ïðîèçâîäñòâó ñëîæíîé ðàäèîýëåêòðîíèêè. Ïðåäïðèÿòèå âõîäèò â õîëäèíã Êîíöåðí «Ðàäèîýëåêòðîííûå òåõíîëîãèè» ãîñêîðïîðàöèè Ðîñòåõíîëîãèè. Ïðåäïðèÿòèå, îñíîâàííîå åùå â 1918 ãîäó êàê äåðåâîîáðàáàòûâàþùèé çàâîä, íåñêîëüêî ðàç ïåðåïðîôèëèðîâàëîñü. ÀÎ «ÃÐÏÇ» òàêæå âûïóñêàåò àòìîñôåðíûå îïòè÷åñêèå ëèíèè ñâÿçè, ïðèáîðû ó÷åòà ýëåêòðîýíåðãèè, ðàäèîðåëåéíîå îáîðóäîâàíèå, ïå÷àòíûå ïëàòû, ñâàðî÷íîå îáîðóäîâàíèå, ìåäèöèíñêóþ òåõíèêó è äðóãèå ïðîäóêòû.  ïîñëåäíèå ãîäû çàâîä âûïóñêàåò çàðÿäíûå ñòàíöèè «ÔÎÐÀ» äëÿ ýëåêòðîìîáèëåé. Ïðè èñïîëüçîâàíèè òåõíîëîãèè LDI âîçìîæíî íå òîëüêî ýêñïîíèðîâàíèå (çàñâå÷èâàíèå) ôîòîðåçèñòà ÏÏ, íî è ïðÿìîå âûæèãàíèå ìåäè íà ÏÏ áåç èñïîëüçîâàíèÿ ìàñîê, îäíàêî ýòîò ïðîöåññ èìååò è íåäîñòàòêè, îäèí èç êîòîðûõ – ñðàâíèòåëüíî íåáîëüøîé ñðîê ñëóæáû ëàçåðîâ. Äðóãèì íàïðàâëåíèåì â ïðîèçâîäñòâå ÏÏ ÿâëÿåòñÿ ñâåòîäèîäíàÿ òåõíîëîãèÿ ôîðìèðîâàíèÿ èçîáðàæåíèÿ (Diode Direct Imaging – DDI) íà îñíîâå óëüòðàôèîëåòîâûõ ñâåòîäèîäîâ, êîòîðûå ìîãóò ðàáîòàòü çíà÷èòåëüíî äîëüøå ëàçåðîâ (ïîðÿäêà 50,000 ÷àñîâ ïðîòèâ 1500 ÷àñîâ). Îáîðóäîâàíèå DDI â êîíöå «íóëåâûõ» ãîäîâ íà÷àëà âûïóñêàòü êîìïàíèÿ PrintProcess, òàêæå ÿâëÿþùàÿñÿ ïàðòíåðîì Ïðåäïðèÿòèÿ Îñòåê. Êîìïàíèÿ PrintProcess AG (Øâåéöàðèÿ) – âåäóùèé ìèðîâîé ïðîèçâîäèòåëü óñòàíîâîê
Ðèñóíîê 12. Êîìïàíèÿ PrintProcess AG.
54
Ðèñóíîê 13. Óñòàíîâêà ïðÿìîãî àâòîìàòè÷åñêîãî ýêñïîíèðîâàíèÿ APOLLON-DI.
ïðÿìîãî àâòîìàòè÷åñêîãî ýêñïîíèðîâàíèÿ ôîòîðåçèñòà, óñòàíîâîê ñáîðêè ïàêåòîâ ìíîãîñëîéíûõ ïå÷àòíûõ ïëàò è äðóãîãî îáîðóäîâàíèÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà ÏÏ. Êîìïàíèÿ îñíîâàíà â 1990 ãîäó Õàðòìóòîì Ìàóðåðîì è ðàñïîëàãàåò ñîáñòâåííûì çàâîäîì â Øâåéöàðèè (Ðèñóíîê 12).  íàñòîÿùåå âðåìÿ â àññîðòèìåíòå Ïðåäïðèÿòèÿ Îñòåê ïðåäñòàâëåíî íåñêîëüêî ìîäåëåé îáîðóäîâàíèÿ PrintProcess. Íà Ðèñóíêå 13 ïîêàçàíà óñòàíîâêà ïðÿìîãî àâòîìàòè÷åñêîãî ýêñïîíèðîâàíèÿ APOLLON-DI. Óñòàíîâêè ñåðèè APOLLON ÿâëÿþòñÿ ïðåäñòàâèòåëÿìè íîâîãî ïîêîëåíèÿ îáîðóäîâàíèÿ ïðÿìîãî ñâåòîäèîäíîãî ýêñïîíèðîâàíèÿ òîïîëîãèè ÏÏ (ïðîöåññ DDI) è îáåñïå÷èâàþò âûñîêîå ðàçðåøåíèå (øèðèíà ïðîâîäíèêîâ äî 20 ìêì) è âûñîêóþ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü. Ê 2010 ãîäó Ïðåäïðèÿòèå Îñòåê ñòàëî êîìïàíèåé ìèðîâîãî óðîâíÿ, çàíÿâ ïðî÷íóþ ïîçèöèþ òåõíîëîãè÷åñêîãî ëèäåðà â ðîññèéñêîé ðàäèîýëåêòðîííîé ïðîìûøëåííîñòè, îáåñïå÷èâàÿ ñîâðåìåííûì òåõíîëîãè÷åñêèì îáîðóäîâàíèå è ñåðâèñîì áîëüøîå ÷èñëî ïðåäïðèÿòèé îòðàñè â Ðîññè. Ëèäèðóþùåå ïîëîæåíèå ïðåäïðèÿòèÿ Îñòåê ñîõðàíÿåòñÿ è â íàñòîÿùåå âðåìÿ. ÐË
ÑÒÀÒÜÈ
Ýëåêòðîííûå ïðåäîõðàíèòåëè: äîñòîèíñòâà è íåäîñòàòêè Bill Schweber EDN
Ê
Êàê êîíñåðâàòèâíîìó àíàëîãîâî-îðèåíòèðîâàííîìó èíæåíåðó, ìíå âñåãäà íðàâèëèñü òðàäèöèîííûå ïëàâêèå ïðåäîõðàíèòåëè, à ê ýëåêòðîííûì ïðåäîõðàíèòåëÿì (÷àñòî ïèøóò e-fuse èëè eFuse) ÿ îòíîñèëñÿ íåñêîëüêî ñêåïòè÷åñêè èç-çà íàëè÷èÿ â íèõ àêòèâíûõ êîìïîíåíòîâ.  êîíöå êîíöîâ, êîãäà ðå÷ü çàõîäèò î íàäåæíîñòè, ïðîñòîå ïî÷òè âñåãäà ëó÷øå, è íåò íè÷åãî ôóíêöèîíàëüíî áîëåå ïðîñòîãî, ÷åì ïëàâêèé ïðåäîõðàíèòåëü. ß íå õî÷ó ïðèíèæàòü èõ âîçìîæíîñòè, ïîñêîëüêó â ñîâðåìåííûõ ïëàâêèõ ïðåäîõðàíèòåëÿõ âîïëîùåíû ïîñëåäíèå äîñòèæåíèÿ â îáëàñòè ìàòåðèàëîâåäåíèÿ è òåõíîëîãèé, à îñíîâîé èõ ôóíêöèîíàëüíîñòè ÿâëÿåòñÿ ïðîñòîòà.
IEC
IEEE/ANSI
IEEE/ANSI Ðèñóíîê 1. Ýòî òðè íàèáîëåå ÷àñòî èñïîëüçóåìûõ óñëîâíûõ îáîçíà÷åíèÿ ïëàâêîãî ïðåäîõðàíèòåëÿ. È ñõåìà, è ôóíêöèîíàëüíîñòü ýòîãî äâóõïîëþñíîãî ïàññèâíîãî êîìïîíåíòà ïðîñòû, ÷òî è ÿâëÿåòñÿ åãî îñíîâíûì äîñòîèíñòâîì.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Ïðèçíàåì: ñòàíäàðòíûé ïðåäîõðàíèòåëü äåëàåò åäèíñòâåííóþ âåùü, äåëàåò åå õîðîøî, è äåëàåò ýòî ïîëíîñòüþ îïðåäåëåííûì è íåèçìåííûì ñïîñîáîì â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðèâåäåííûì â äîêóìåíòàöèè íàáîðîì òåõíè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê. Åãî íåëüçÿ èñïîðòèòü, ïîñêîëüêó â íåì íåò íè÷åãî, ÷òî ïîçâîëèëî áû ýòî ñäåëàòü (Ðèñóíîê 1). Åñëè âû âûáåðèòå ïîäõîäÿùèå ïàðàìåòðû ïðåäîõðàíèòåëÿ – òîê ñðàáàòûâàíèÿ, áûñòðîäåéñòâèå, ìàòåðèàë, ôèçè÷åñêèå ðàçìåðû, – âû ïðîñòî íå ñìîæåòå íå ïîëó÷èòü òðåáóåìîãî ðåçóëüòàòà. ß çíàþ, êàæäûé ìîæåò ðàññêàçàòü ñâîþ èñòîðèþ î òîì, êàê ïðåäîõðàíèòåëü íå ñäåëàë òî, ÷òî äîëæåí áûë ñäåëàòü, íî ýòî âñå-òàêè ðåäêèå èñêëþ÷åíèÿ. Îäíàêî ïëàâêèé ïðåäîõðàíèòåëü èìååò ðÿä íåäîñòàòêîâ, íà÷èíàÿ ñî âðåìåíè, íåîáõîäèìîãî äëÿ åãî ðåàêöèè.  çàâèñèìîñòè îò ñîîòíîøåíèÿ ïåðåãðóçî÷íîãî è ïîðîãîâîãî òîêîâ, äëÿ ñðàáàòûâàíèÿ è ðàçìûêàíèÿ öåïè åìó ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ îò äåñÿòêîâ ìèëëèñåêóíä äî äåñÿòêîâ ñåêóíä.  ñîâðåìåííûõ íèçêîâîëüòíûõ ñõåìàõ çíà÷åíèÿ òîêîâ ïåðåãðóçêè ÷àñòî áûâàþò óìåðåííûìè, ïîýòîìó âðåìÿ ñðàáàòûâàíèÿ ïðåäîõðàíèòåëÿ ìîæåò áûòü ñëèøêîì áîëüøèì äëÿ çàùèòû ÷óâñòâèòåëüíûõ öåïåé. Êðîìå òîãî, ïîñëå ïåðåãîðàíèÿ ñòàíäàðòíûé ïðåäîõðàíèòåëü äîëæåí áûòü ôèçè÷åñêè çàìåíåí, ÷òî ÿâëÿåòñÿ íåäîñòàòêîì âî ìíîãèõ (íî íå âî âñåõ) ïðèëîæåíèÿõ.
55
Êîíöåïòóàëüíî ýëåêòðîííûé ïðåäîõðàíèòåëü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðîñòóþ ñõåìó, îáåñïå÷èâàþùóþ àëüòåðíàòèâíûé ïîäõîä ê îãðàíè÷åíèþ è îòêëþ÷åíèþ òîêà, è îáëàäàþùóþ óíèêàëüíûìè ïðåèìóùåñòâàìè, ïîñêîëüêó èçìåðåíèå òîêà íå çàâèñèò îò íàãðåâà è âëèÿíèÿ îòêëþ÷åííîé ïîñëåäóþùåé öåïè. Îí ñîñòîèò èç íåñêîëüêèõ àíàëîãîâûõ êîìïîíåíòîâ: ïðåöèçèîííîãî òîêîèçìåðèòåëüíîãî ðåçèñòîðà, óñèëèòåëÿ ñ òî÷íûìè ìàñøòàáèðóþùèìè ðåçèñòîðàìè äëÿ âûáîðêè è «óñèëåíèÿ» íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå, ñõåìû êîìïàðàòîðà äëÿ «âûêëþ÷åíèÿ» ïðè çàäàííîì çíà÷åíèè è MOSFET, çàìûêàþùåãî/ðàçðûâàþùåãî ïóòü ïðîõîæäåíèÿ òîêà â êîíòðîëèðóåìîé ëèíèè (Ðèñóíîê 2).
Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ
RSENSE
Íàãðóçêà = RL + R C
Óïðàâëÿþùàÿ ëîãèêà Êîíòðîëëåð ãîðÿ÷åé çàìåíû
Ðèñóíîê 2. Áàçîâàÿ áëîê-ñõåìà òèïè÷íîãî ýëåêòðîííîãî ïðåäîõðàíèòåëÿ äåìîíñòðèðóåò åãî î÷åâèäíóþ ïðîñòîòó è óäîáñòâî ïîäêëþ÷åíèÿ.
Ðàáîòà ñõåìû äîâîëüíî ïðîñòà. Êàê ïðàâèëî, ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà âûáèðàåòñÿ òàêèì, ÷òîáû ïðè ìàêñèìàëüíîì òîêå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà íåì ñîñòàâëÿëî îò 50 äî 100 ìÂ. Ýëåêòðîííûé ïðåäîõðàíèòåëü âêëþ÷àåòñÿ ìåæäó øèíîé ïèòàíèÿ (èëè èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ) è çàùèùàåìîé íàãðóçêîé. Êîíòðîëèðóåìûé òîê ïðîõîäèò ÷åðåç ðåçèñòîð, ðåçóëüòèðóþùåå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà êîòîðîì èçìåðÿåòñÿ òîêîèçìåðèòåëüíûì óñèëèòåëåì. Õîòÿ ýëåêòðîííûé ïðåäîõðàíèòåëü ìîæíî ñîáðàòü èç îòäåëüíûõ êîìïîíåíòîâ, áîëüøèíñòâî ïîëüçîâàòåëåé âìåñòî ýòîãî âûáèðàþò çàêîí÷åííûé ýëåêòðîííûé ïðåäîõðàíèòåëü íà îñíîâå ìèêðîñõåìû, ñîäåðæàùåé âñå íåîáõîäèìûå öåïè, âêëþ÷àÿ ÌÎÏ-òðàíçèñòîð (Ðèñóíîê 3); íåêîòîðûå èç êîòîðûõ äàæå èìåþò âíóòðåííèé òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð.  äðóãèõ ýëåêòðîííûõ ïðåäîõðàíèòåëÿõ íà îñíîâå ìèêðîñõåì ðåàëèçóþòñÿ äîïîëíèòåëüíûå ôóíêöèè è îñîáåííîñòè, òàêèå êàê ïðîãðàììèðóåìàÿ ïîëüçîâàòåëåì
56
VIN
VIN R1
OUT
OUT
30 mW
COUT EN/UVLO R2
dV/dT CdV/dT
ILIM RLIM
GND
TPS25925x/6x
Ðèñóíîê 3. Ýëåêòðîííûé ïðåäîõðàíèòåëü ñ äîïîëíèòåëüíûìè ôóíêöèÿìè ïðîãðàììèðóåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïðîñòûõ âíåøíèõ ïàññèâíûõ êîìïîíåíòîâ. Äðóãèå ýëåêòðîííûå ïðåäîõðàíèòåëè ìîãóò îòëè÷àòüñÿ íàáîðîì äîïîëíèòåëüíûõ ôóíêöèé è âîçìîæíîñòåé.
áëîêèðîâêà ïðè ïîíèæåííîì íàïðÿæåíèè, ôèêñàòîð ïåðåíàïðÿæåíèÿ è àâòîìàòè÷åñêàÿ ïîïûòêà ïîâòîðà, à òàêæå âîçìîæíîñòü óñòàíîâèòü âðåìÿ çàïóñêà ñ ïîìîùüþ âíåøíèõ êîìïîíåíòîâ. Ýòà ïîñëåäíÿÿ ôóíêöèÿ ïîëåçíà äëÿ êîíòðîëÿ ïóñêîâîãî òîêà ïðè âêëþ÷åíèè îáîðóäîâàíèÿ è ïðè îïåðàöèÿõ ãîðÿ÷åé çàìåíû, ïîýòîìó òàêèå ïðåäîõðàíèòåëè øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ýòèõ ïðèëîæåíèÿõ. Ïåðâîíà÷àëüíî ó ìåíÿ ñëîæèëîñü îùóùåíèå, ÷òî ýëåêòðîííûå ïðåäîõðàíèòåëè ìîãóò âûïîëíÿòü ñâîþ ðîëü â ñõåìàõ ñ íèçêèìè íàïðÿæåíèÿìè è òîêàìè; è ýòî âñå, íà ÷òî îíè ãîäÿòñÿ. À âîò â òîì, ÷òî îíè ïîäîéäóò äëÿ ïðèëîæåíèé áîëåå âûñîêîãî äèàïàçîíà íàïðÿæåíèé è òîêîâ, äëÿ êîòîðûõ íóæíà ñåðòèôèêàöèÿ Underwriters Laboratories (UL) è Ìåæäóíàðîäíîé ýëåêòðîòåõíè÷åñêîé êîìèññèè (IEC), è ãäå ïëàâêèé ïðåäîõðàíèòåëü ÿâëÿåòñÿ ïîëíîñòüþ ðàçðåøåííûì ñðåäñòâîì çàùèòû, ÿ íå áûë óâåðåí. Âîò ïî÷åìó ìåíÿ çàèíòåðåñîâàëà òîëüêî ÷òî îïóáëèêîâàííàÿ Texas Instruments íåáîëüøàÿ ñòàòüÿ [1].  ýòîé ñòàòüå îáñóæäàåòñÿ, êàê ýëåêòðîííûå ïðåäîõðàíèòåëè âïèñûâàþòñÿ â ïðîöåññ ñåðòèôèêàöèè UL/IEC, è ïî÷åìó îíè ïîäõîäÿò äëÿ òåõ èëè èíûõ óñëîâèé. Ýòè ñåðòèôèêàöèîííûå òðåáîâàíèÿ íàñòîëüêî ñëîæíû, ñîäåðæàò òàêîå êîëè÷åñòâî ïîëîæåíèé, ïðåäïèñàíèé, èñêëþ÷åíèé è ïðàâèë, ÷òî ìû äîëæíû áûòü î÷åíü ðàäû ëþáîìó êîìïåòåíòíîìó ñîâåòó, è ëþáîé êîìïîíåíò, êîòîðûé ïîçâîëèò âàì ïðîïóñòèòü õîòü îäèí ýòàï â ýòîì ïðîöåññå ñåðòèôèêàöèè, áóäåò õîðîøåé âåùüþ.
ÑÒÀÒÜÈ
Êðàòêàÿ çàïèñêà îáúÿñíÿåò âñå íþàíñû ýëåêòðîííûõ ïðåäîõðàíèòåëåé ñ òî÷êè çðåíèÿ ýòèõ ïðàâèë, à òàêæå íàïîìèíàåò ìíå î òîì, ÷òî ëåãêî óïóñòèòü èç âèäó: ïðåäîõðàíèòåëè çàùèùàþò îò ïåðåãðóçîê ïî òîêó è îïàñíîñòè, êîòîðóþ îíè ïðåäñòàâëÿþò äëÿ ñèñòåì è ëþäåé. Îíè íå ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ çàùèòû îò âûñîêîãî íàïðÿæåíèÿ, õîòÿ ïîäñîçíàòåëüíî ìû ìîæåì ñâÿçûâàòü ïîíÿòèå «îïàñíîñòü» ñ ïåðåìåííûì íàïðÿæåíèåì ñåòè 120/240  è áîëüøèì êîëè÷åñòâîì òîêà.  çàïèñêå TI ïåðå÷èñëåíû îäîáðåííûå îðãàíàìè ñåðòèôèêàöèè ýëåêòðîííûå ïðåäîõðàíèòåëè, ðàññ÷èòàííûå íà 4.5…60  ïðè òîêàõ äî 6 À. Ðàçóìååòñÿ, ýòî íå ñåòåâîå íàïðÿæåíèå, íî âñå æå ýòî äîñòàòî÷íî çíà÷èòåëüíûé òîê, è íàïðÿæåíèå, èçìåðÿåìîå äâóçíà÷íûìè ÷èñëàìè. Çàùèòà îò âûñîêîâîëüòíûõ ñîáûòèé – çàäà÷à íå äëÿ ïðåäîõðàíèòåëÿ; ýòó ðîëü âûïîëíÿþò ìåòàëëîêñèäíûå âàðèñòîðû, èñêðîâûå ðàçðÿäíèêè è äðóãèå êîìïîíåíòû. Ðåàëüíîñòü òàêîâà, ÷òî ýëåêòðîííûå ïðåäîõðàíèòåëè èìåþò ÷åòêèå îòëè÷èÿ îò ïëàâêèõ ïðåäîõðàíèòåëåé, è ÷àñòî îíè ìîãóò áûòü áîëåå ïðåäïî÷òèòåëüíûìè: òî÷íûé ïîðîã îãðàíè÷åíèÿ òîêà, íàìíîãî ìåíüøåå âðåìÿ ðåàêöèè è âîçìîæíîñòü ñàìîâîññòàíîâëåíèÿ è âîññòàíîâëåíèÿ ñîåäèíåíèÿ ïîñëå óñòðàíåíèÿ íåèñïðàâíîñòè (â çàâèñèìîñòè îò
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
âûáðàííîé ìîäåëè ýëåêòðîííîãî ïðåäîõðàíèòåëÿ). Âî ìíîãèõ ñèòóàöèÿõ ïðîåêòèðîâàíèÿ èìååò ñìûñë ñåðüåçíî ðàññìàòðèâàòü âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ ýëåêòðîííîãî ïðåäîõðàíèòåëÿ âìåñòî êëàññè÷åñêîãî ïëàâêîãî óñòðîéñòâà.  ëþáîì ñëó÷àå, ýëåêòðîííûé ïðåäîõðàíèòåëü – ýòî ãîðàçäî áîëüøå, ÷åì ïðîñòîé, ÷ðåçâû÷àéíî íàäåæíûé ïëàâêèé ïðåäîõðàíèòåëü ñ îãðàíè÷åííîé ôóíêöèîíàëüíîñòüþ; ýòî àêòèâíîå óñòðîéñòâî, õîòÿ è ïðîñòîå. Âîçìîæíî, äëÿ ìàêñèìàëüíîé óâåðåííîñòè, êàê ñâîåãî ðîäà «ïåðåñòðàõîâêà», íåêîòîðûå êîíñòðóêöèè íóæäàþòñÿ è â ýëåêòðîííîì ïðåäîõðàíèòåëå, è â ïëàâêîì. Íî áóäåò ëè ýòî îçíà÷àòü, ÷òî ðàçðàáîò÷èê áûë ïðåäóñìîòðèòåëåí è îñòîðîæåí, èëè ÷òî åìó íå õâàòèëî óâåðåííîñòè ïðè àíàëèçå îòêàçîâ è òðåáóåìîé ñõåìû çàùèòû? ×òî âû äóìàåòå îá èñïîëüçîâàíèè ýëåêòðîííûõ ïðåäîõðàíèòåëåé â áîëåå ñèëüíîòî÷íûõ ïðèëîæåíèÿõ? ÐË
Ññûëêè 1. “eFuse: Safety Certification and why it Matters,” (SLVAEO5), Texas Instruments, 2020.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TPS25925x/6x
57
Èñïîëüçîâàíèå LDO ðåãóëÿòîðà â êà÷åñòâå ñóïåðâèçîðà ïèòàíèÿ William Lepkowski EDN
ÓÓ ìíîãèõ LDO ðåãóëÿòîðîâ èìååòñÿ âûâîä ðàçðåøåíèÿ, êîòîðûé òàêæå ìîæåò ñëóæèòü íåäîðîãîé àëüòåðíàòèâîé ìèêðîñõåìå ñóïåðâèçîðà ïèòàíèÿ. Õîòÿ îáû÷íî ðàçðåøàþùèé âûâîä ñëóæèò ñðåäñòâîì îòêëþ÷åíèÿ âûõîäà ðåãóëÿòîðà äëÿ ýêîíîìèè ýíåðãèè, íåñêîëüêî äèñêðåòíûõ êîìïîíåíòîâ ìîãóò îáåñïå÷èòü âêëþ÷åíèå è âûêëþ÷åíèå âûõîäà ïðè çàäàííûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèÿõ. Òàêèì îáðàçîì ñõåìó ìîæíî èñïîëüçîâàòü êàê ñóïåðâèçîð ïèòàíèÿ èëè êàê ëèíåéíûé ðåãóëÿòîð íàïðÿæåíèÿ ñ óïðàâëÿåìûìè õàðàêòåðèñòèêàìè.
Âåðõíèé ïîðîã ENABLE = 0.89 Â
Íèæíèé ïîðîã ENABLE = 0.85 Â VIN = 3.8 Â
Òèïè÷íàÿ âíóòðåííÿÿ ñõåìà âêëþ÷åíèÿ/âûêëþ÷åíèÿ LDO ðåãóëÿòîðà ñîäåðæèò êîìïàðàòîð, êîòîðûé îïðåäåëÿåò, íàõîäèòñÿ ëè çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà âûâîäå ðàçðåøåíèÿ (ENABLE) âûøå óðîâíÿ âíóòðåííåãî îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ VREF, èëè æå îíî íèæå åãî. Ïðåâðàòèòü LDO ðåãóëÿòîð â ñóïåðâèçîð ïèòàíèÿ ìîæíî ïóòåì ïðÿìîãî ïîäêëþ÷åíèÿ âûâîäà ðàçðåøåíèÿ ê íåðåãóëèðóåìîìó âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ, îäíàêî íàïðÿæåíèÿ âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ òàêîé ñõåìû áóäóò ðàâíû îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ ðåãóëÿòîðà, êîòîðîå îáû÷íî íèæå ìèíèìàëüíîãî ðàáî÷åãî íàïðÿæåíèÿ, òðåáóåìîãî áîëüøèíñòâó ìèêðîñõåì, ïèòàþùèõñÿ îò âûõîäíîãî íàïðÿæåVIN
VIN+ D1 1N5817
R1 15k
CIN 10 µF Îòñëåæèâàíèå VOUT
VOUT = 3.0 Â
Îòñëåæèâàíèå VOUT
CIN = 10 ìêÔ COUT = 1 ìêÔ IOUT = 1 ìÀ
NCP500 ENABLE GND
VOUT+ COUT 1 µF
NCP500
Ðèñóíîê 1. Ïðè ïðÿìîì ñîåäèíåíèè âûâîäà ðàçðåøåíèÿ LDO ðåãóëÿòîðà ñ íåñòàáèëèçèðîâàííûì âõîäíûì íàïðÿæåíèåì âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íà èíòåðâàëàõ âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ îòñëåæèâàåò âõîäíîå íàïðÿæåíèå.
58
CD 0.22 µF
VOUT
Ðèñóíîê 2.  êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû ïðÿìîìó ñîåäèíåíèþ âûâîäà ðàçðåøåíèÿ ðåãóëÿòîðà ñ åãî âõîäîì äëÿ çàäåðæêè âðåìåíè âêëþ÷åíèÿ ðåãóëÿòîðà â ýòîé «òðàäèöèîííîé» ìîäèôèêàöèè èñïîëüçóþòñÿ ðåçèñòîð è êîíäåíñàòîð. Äèîä óñòðàíÿåò çàäåðæêó âûêëþ÷åíèÿ ïèòàíèÿ.
ÑÕÅÌÛ
VIN
VIN+ Âåðõíèé ïîðîã ENABLE = 0.89 Â
D1 1N5817 VIN = 3.8 Â
td = 9 ìñ VOUT = 3.0 Â
Íèæíèé ïîðîã ENABLE = 0.85 Â
Îòñëåæèâàíèå VOUT CIN = 10 ìêÔ COUT = 1 ìêÔ IOUT = 1 ìÀ
NCP500
Ðèñóíîê 3. Äîïîëíèòåëüíûå ýëåìåíòû ñõåìû íà Ðèñóíêå 2 ðåøàþò ïðîáëåìó îòñëåæèâàíèÿ âõîäà íàðàñòàþùèì ôðîíòîì âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ. Îäíàêî çàäíèé ôðîíò ïî-ïðåæíåìó îòñëåæèâàåò âõîäíîå íàïðÿæåíèå.
íèÿ ðåãóëÿòîðà. Êðîìå òîãî, ïðÿìîå ïîäêëþ÷åíèå âûâîäà ðàçðåøåíèÿ ê íåðåãóëèðóåìîìó âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ íå îáåñïå÷èâàåò çàäåðæêó âêëþ÷åíèÿ, ÷òîáû ãàðàíòèðîâàòü, ÷òî âõîäíîå íàïðÿæåíèå äîñòèãëî çíà÷åíèÿ, ïðåâûøàþùåãî ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà LDO ðåãóëÿòîðå. Íàïðÿìóþ ïîäêëþ÷åííàÿ ñõåìà òàêæå èìååò íåóäîâëåòâîðèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ (Ðèñóíîê 1). Ìîæíî îò÷àñòè óëó÷øèòü õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû, äîáàâèâ ýëåìåíòû R1, CIN, è D1, ÷òîáû îáåñïå÷èòü çàäåðæêó çàïóñêà íà âõîäå ðàçðåøåíèÿ ðåãóëÿòîðà íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 2). Ê ñîæàëåíèþ, âíåøíÿÿ öåïü çàäåðæêè óëó÷øàåò òîëüêî õàðàêòåðèñòèêó ïåðåäíåãî ôðîíòà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, íî íà ñïàäå âûõîä ïðîäîëæàåò îòñëåæèâàòü âõîäíîå íàïðÿæåíèå (Ðèñóíîê 3). Ðåøèòü ïðîáëåìó âûêëþ÷åíèÿ ñõåìû ìîæíî, çàìåíèâ îäèíî÷íûé ðåçèñòîð öåïüþ äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ (Ðèñóíîê 4). Ðåçèñòîð R2 ïîäíèìàåò ïîðîã ïåðåêëþ÷åíèÿ âûâîäà ðàçðåøåíèÿ ðåãóëÿòîðà è «îáìàíûâàåò» êîìïàðàòîð, çàñòàâëÿÿ åãî âêëþ÷àòüñÿ ïðè áîëåå âûñîêîì íàïðÿæåíèè.  ðåçóëüòàòå âûõîä ðåãóëÿòîðà çàïóñêàåòñÿ ñ ñîîòâåòñòâóþùåé çàäåðæêîé, à âðåìåííàÿ äèàãðàììà âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ âûãëÿäèò áåçóïðå÷íîé (Ðèñóíîê 5). Ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå âõîäà ðàçðåøåíèÿ â ñõåìå íà Ðèñóíêå 4 ìîæíî èçìåíèòü,
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
R1 8k
CIN 10 µF
VOUT+
VOUT
NCP500
COUT 1 µF
ENABLE GND CD 0.22 µF
R2 27k
Ðèñóíîê 4. Ðåçèñòîð R2 óâåëè÷èâàåò ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå ïåðåêëþ÷åíèÿ âûâîäà ðàçðåøåíèÿ.
èñïîëüçóÿ ôîðìóëó (1) äëÿ ðàñ÷åòà ñîïðîòèâëåíèé ðåçèñòîðîâ R1 è R2.
æ R ö VIN _ ON » (2 × VEN _ R - VEN _ F ) × çç1 + 1 ÷÷ , è R2 ø
(1)
ãäå VIN_ON – çàäàííîå ïîëüçîâàòåëåì íàïðÿæåíèå âêëþ÷åíèÿ, VEN_R – ïîðîãîâûé óðîâåíü âûâîäà ðàçðåøåíèÿ äëÿ ôðîíòà íàðàñòàíèÿ âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ, VEN_F – ïîðîãîâûé óðîâåíü âûâîäà ðàçðåøåíèÿ äëÿ ñïàäàþùåãî ôðîíòà âõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ.
VIN_OFF = = 3.93 Â
VIN_ON = 4.01 Â VIN = 4.2 Â
R1 = 8 êÎì R2 = 27 êÎì CD = 0.22 ìêÔ CIN = 10 ìêÔ COUT = 1 ìêÔ IOUT = 1 ìÀ D1 = 1N5817
td = 5 ìñ VOUT = 3.0 Â
NCP500
Ðèñóíîê 5. Äîáàâëåíèå ðåçèñòîðà R2 â ñõåìå íà Ðèñóíêå 3 ðåøàåò ïðîáëåìó ñïàäà íàïðÿæåíèÿ, è âûêëþ÷åíèå ïðîèñõîäèò íåìåäëåííî ïîñëå òîãî, êàê âõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàíîâèòñÿ ñëèøêîì íèçêèì. Âûõîä ðåãóëÿòîðà âêëþ÷àåòñÿ òîëüêî ïîñëå òîãî, êàê íàïðÿæåíèå íà åãî âõîäå äîñòèãíåò äîñòàòî÷íîãî óðîâíÿ.
59
Íàïðèìåð, ïóñòü VIN_ON = 4 Â, VEN_R = 0.89 Â, VEN_F = 0.85 Â. ×òîáû ñòàáèëèçèðîâàííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå íå îòñëåæèâàëî âõîäíîå íàïðÿæåíèå, óñòàíîâèòå ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå VIN_ON ðàâíûì VOUT + VDRP, ãäå VDRP – ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà LDO.
VIN _ ON R1 » -1» R 2 2 × VEN _ R - VEN _ F
(2)
4 » - 1 » 3 .3 . 2 ´ 0.89 - 0.85 Åñëè ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R 2 âûáðàòü ðàâíûì 8 êÎì, òî R1 = 3.3 × R2 ñîñòàâèò ïðèìåðíî 27 êÎì. Âûðàæåíèå (1) ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòàòü òîëüêî ïðèáëèçèòåëüíûå çíà÷åíèÿ ñîïðîòèâëå-
60
íèé ðåçèñòîðîâ äåëèòåëÿ íàïðÿæåíèÿ, êîòîðûå ìîãóò íåçíà÷èòåëüíî îòëè÷àòüñÿ â çàâèñèìîñòè îò õàðàêòåðèñòèê êîíêðåòíîé ìèêðîñõåìû ðåãóëÿòîðà. Åñëè ñîïðîòèâëåíèÿ ðåçèñòîðîâ ñëèøêîì ìàëû, ñòàáèëèçèðîâàííîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå áóäåò îòñëåæèâàòü íàïðÿæåíèå íà âõîäå. Ýòà ïðîáëåìà ëåãêî ðåøàåòñÿ óâåëè÷åíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ R1. Ïðè ýòîì íàäî ó÷èòûâàòü, ÷òî R1 âìåñòå ñ CD òàêæå îïðåäåëÿåò âðåìÿ çàäåðæêè âêëþ÷åíèÿ ðåãóëÿòîðà, à åìêîñòü êîíäåíñàòîðà CD â èäåàëå äîëæíà ñîñòàâëÿòü îò 0.01 äî 0.47 ìêÔ. Ñëèøêîì áîëüøàÿ åìêîñòü óâåëè÷èâàåò âðåìÿ ðàçðÿäà è óõóäøàåò ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû ñõåìû â êà÷åñòâå ñóïåðâèçîðà íàïðÿæåíèÿ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor NCP500
ÑÕÅÌÛ
Çàâèñèìîïîñëåäîâàòåëüíîå âêëþ÷åíèå íåîãðàíè÷åííîãî ÷èñëà íàãðóçîê Ìèõàèë Øóñòîâ, ã. Òîìñê Ïðåäëîæåíû âàðèàíòû ñõåì, ïîçâîëÿþùèõ â ïîñëåäîâàòåëüíî-çàâèñèìîì ïîðÿäêå ïîäêëþ÷àòü èëè îòêëþ÷àòü íåîãðàíè÷åííîå êîëè÷åñòâî íàãðóçîê.
Ì
Ìíîãî÷èñëåííûå ñõåìû çàâèñèìîãî âêëþ÷åíèÿ íàãðóçîê íåîáîñíîâàííî îãðàíè÷èâàþòñÿ äâóìÿ ýëåêòðî- èëè ðàäèîïðèáîðàìè. Íèæå, Ðèñóíêè 1–5, ïðåäñòàâëåíî íåñêîëüêî âàðèàíòîâ ðåøåíèÿ ïðîáëåìû ïîñëåäîâàòåëüíî-çàâèñèìîãî âêëþ÷åíèÿ íåîãðàíè÷åííîãî êîëè÷åñòâà íàãðóçîê, è, áîëåå òîãî, ïîñëåäîâàòåëüíîãî èõ îòêëþ÷åíèÿ â îáðàòíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè. Íà Ðèñóíêå 1 ïðèâåäåíà ðåëåéíî-òèðèñòîðíàÿ ñõåìà ïîñëåäîâàòåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ íàãðóçîê. Ïðè íàæàòèè íà êíîïêó SB1 íàïðÿæåíèå ïîäàåòñÿ íà óïðàâëÿþùèé ýëåêòðîä òèðèñòîðà VS1. Òèðèñòîð îòêðûâàåòñÿ, ïîäêëþ÷àÿ ðåëå Ê1 ê èñòî÷íèêó ïèòàíèÿ. Êîíòàêòû ðåëå âêëþ÷àþò ïåðâóþ íàãðóçêó. Íàæàòèå êíîïêè SB2 àíàëîãè÷íûì îáðàçîì âûçûâàåò ñðàáàòûâàíèå ðåëå Ê2 è ò.ä. Î÷åâèäíî, ÷òî ñòîëü ïðîñòàÿ ñõåìà èìååò, ïî ìåíüøåé ìåðå, äâà íåäîñòàòêà. Âî-ïåðâûõ, ïîäêëþ÷å-
+E
VS1
íèå âñåõ ðåëå âîçìîæíî è ïðè îäíîâðåìåííîì íàæàòèè ñðàçó íà âñå êíîïêè, ÷òî íå òàê êðèòè÷íî. Âî-âòîðûõ, ÷òî áîëåå çíà÷èìî, íà îòêðûòûõ òèðèñòîðàõ ïàäàåò íåêîòîðîå îñòàòî÷íîå íàïðÿæåíèå, ÷òî îãðàíè÷èâàåò êîëè÷åñòâî êîììóòèðóåìûõ íàãðóçîê. Íà Ðèñóíêå 2 ïðåäñòàâëåíà òàêæå òèðèñòîðíî-ðåëåéíàÿ (òèðèñòîðíî-îïòðîííàÿ) ñõåìà çàâèñèìîé êîììóòàöèè íàãðóçîê, îäíàêî ðàáîòàþùàÿ ïî èíîìó ïðèíöèïó. Ïðè íàæàòèè íà êíîïêó SB1 âêëþ÷àåòñÿ òèðèñòîð VS1. Íà êàòîäå òèðèñòîðà VS1 ïîÿâëÿåòñÿ íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ çà âû÷åòîì ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íà îòêðûòîì òèðèñòîðå. ×åðåç òîêîîãðàíè÷èâàþùèé ðåçèñòîð R1 è ñâåòîäèîä îïòðîííîé ïàðû DA1 (èëè îáìîòêó ðåëå Ê) ïðîòåêàåò òîê, âêëþ÷àÿ, òåì ñàìûì, ïåðâóþ ïî ñ÷åòó íàãðóçêó. Íàæàòèå íà êíîïêó SB2 àíàëîãè÷íûì îáðàçîì ïîäêëþ÷àåò âòîðóþ íàãðóçêó è ò.ä. Òàêàÿ ñõåìà òàêæå íå ëèøåíà ðàíåå óïîìÿíóòîãî
VS2 K1
K2
VD1
SB1
VSn
SB2
Kn
VD2
VDn
SBn
Ðèñóíîê 1. Ðåëåéíî-òèðèñòîðíàÿ ñõåìà çàâèñèìî-ïîñëåäîâàòåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ íàãðó-
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
61
SB0
+E
SB1 VS1
VS2
SB2
VSn
SB3 K
R1
R2
DA1
VD
Rn
DA2
DAn
Ðèñóíîê 2. Òèðèñòîðíàÿ ñõåìà çàâèñèìî-ïîñëåäîâàòåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ íàãðóçîê ñ îáùèì åäèíîâðåìåííûì ñáðîñîì (îòêëþ÷åíèåì) íàãðóçîê.
íåäîñòàòêà (îäíîâðåìåííîå íàæàòèå êíîïîê), íî íå èìååò îãðàíè÷åíèÿ íà ÷èñëî âêëþ÷àåìûõ íàãðóçîê. Îòêëþ÷èòü îäíîâðåìåííî âñå íàãðóçêè ìîæíî çà ñ÷åò ñíÿòèÿ ïèòàþùåãî íàïðÿæåíèÿ – íàæàòèÿ íà íîðìàëüíî çàìêíóòóþ êíîïêó SB0.  ñëåäóþùèõ äâóõ ñõåìàõ, Ðèñóíêè 3 è 4, ðåàëèçîâàí åäèíûé ïðèíöèï èñïîëüçîâàíèÿ ÊÌÎÏ-ýëåìåíòîâ. Íà êàæäîì ýëåìåíòå ÊÌÎÏ-ìèêðîñõåìû (CD4066 èëè CD4050, ñîîòâåòñòâåííî) âûïîëíåí ñëàáîòî÷íûé àíàëîã òèðèñòîðà. Ïðè íàæàòèè íà êíîïêó SB1 íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ ïîäàåòñÿ íà óïðàâëÿþùèé âõîä ÊÌÎÏ-êîììóòàòîðà, Ðèñóíîê 3, ëèáî íà âõîä ÊÌÎÏ-ïîâòîðèòåëÿ, Ðèñóíîê 4.  ðåçóëüòàòå àíàëîãè òèðèñòîðîâ ñàìîçàùåëêèâàþòñÿ, íà èõ âûõîäàõ ïîÿâëÿåòñÿ íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ.
Íàãðóçêîé òàêèõ ïñåâäîòèðèñòîðîâ ÿâëÿþòñÿ ñâåòîäèîäû îïòðîííûõ ïàð ñ òîêîîãðàíè÷èâàþùèìè ðåçèñòîðàìè. Âïðî÷åì, óïðàâëÿþùèå ñèãíàëû ñ âûõîäîâ àíàëîãîâ òèðèñòîðîâ ìîæíî ïîäàâàòü íà âûõîäíûå êàñêàäû, âûïîëíåííûå íà áèïîëÿðíûõ èëè ïîëåâûõ òðàíçèñòîðàõ. Äîñòîèíñòâîì ðàññìàòðèâàåìûõ ñõåì ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îíè èñêëþ÷àþò îäíîâðåìåííîå íàæàòèå íà âñå êíîïêè óïðàâëåíèÿ äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ âñåõ íàãðóçîê. Äåëî â òîì, ÷òî óïðàâëÿþùèé ñèãíàë íà âõîä î÷åðåäíîãî àíàëîãà òèðèñòîðà ïðè íàæàòèè î÷åðåäíîé êíîïêè ïîñòóïàåò ñ çàäåðæêîé, îïðåäåëÿåìîé ïîñòîÿííîé âðåìåíè öåïè R3C2. Îäíîâðåìåííîå îòêëþ÷åíèå íàãðóçîê ïðîèñõîäèò ìãíîâåííî ïðè íàæàòèè êíîïêè SB0 «Ñáðîñ». Ðàíåå çàðÿæåííûå êîíäåíñàòîðû
SB1
+15 Â
R1 10ê
2
R3
1Ì
DA2
1N4148 SB2
14
DA
5 R4
7
C1 100í
3
1Ì R5
Ñáðîñ
DA.2 4
VD1
13 R2
SB0
DA CD4066
DA.1 1
C2
R6
DA2
Ðèñóíîê 3. Ñõåìà çàâèñèìî-ïîñëåäîâàòåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ íàãðóçîê ñ èñïîëüçîâàíèåì ÊÌÎÏ-êîììóòàòîðîâ CD4066.
62
ÑÕÅÌÛ
SB1
+15 Â
R1 10ê
DD1 CD4050
DD1.1 3
1
VD1
2
5
1
1N4148 R3 SB2
R2
4
C1 100í
7
1Ì R5
R6
C2
DA1
Ñáðîñ
DD1
R4
1Ì
SB0
14
DD1.2
DA2
Ðèñóíîê 4. Ñõåìà çàâèñèìî-ïîñëåäîâàòåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ íàãðóçîê ñ èñïîëüçîâàíèåì ÊÌÎÏ-ïîâòîðèòåëåé CD4050.
ðàçðÿæàþòñÿ ÷åðåç äèîäû VD1… Âðåìåíàìè ïîñëåäîâàòåëüíîãî îòêëþ÷åíèÿ íàãðóçîê ìîæíî óïðàâëÿòü, âêëþ÷èâ ïîñëåäîâàòåëüíî ñ äèîäàìè ðåçèñòîðû. Åñëè âìåñòî êíîïîê SB2… óñòàíîâèòü êîðîòêîçàìêíóòûå ïåðåìû÷êè, òî óñòðîéñòâà, Ðèñóíîê 3 è 4, áóäóò âêëþ÷àòüñÿ áåç ó÷àñòèÿ îïåðàòîðà ïî öåïî÷êå. Íà Ðèñóíêå 5 ïðèâåäåíà íàèáîëåå ñîâåðøåííàÿ ñõåìà îáåñïå÷åíèÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî âêëþ÷åíèÿ è îòêëþ÷åíèÿ â îáðàòíîì ïîðÿäêå íàãðóçîê. Èçíà÷àëüíî âõîäû èíâåðòîðîâ ÊÌÎÏ-ìèêðîñõåìû CD40106 èìåþò íóëåâîé ïîòåíöèàë, íàãðóçêè ýëåìåíòîâ îáåñòî÷åíû. Ïðè çàìûêàíèè êëþ÷à SA íàïðÿæåíèå âûñîêîãî óðîâíÿ ïîäàåòñÿ íà âõîä ýëåìåíòà DD1.1, ïåðåêëþ÷àÿ åãî ñîñòîÿíèå (è âêëþ÷àÿ ÷åðåç îïòðîí ïåðâóþ ïî ñ÷åòó âíåøíþþ íàãðóçêó). Äàëåå çà ñ÷åò ïðî-
õîæäåíèÿ çàðÿäíîé âîëíû ÷åðåç ïîñëåäîâàòåëüíóþ öåïî÷êó RC-ýëåìåíòîâ ïî ìåðå çàðÿäà ñîîòâåòñòâóþùèõ êîíäåíñàòîðîâ ïðîèñõîäèò ïîñëåäîâàòåëüíî-ýñòàôåòíîå âêëþ÷åíèå ñëåäóþùèõ ïî î÷åðåäè íàãðóçîê. Ïðè ðàçìûêàíèè êëþ÷à SA ïîñëåäîâàòåëüíîå îòêëþ÷åíèå íàãðóçîê çà ñ÷åò ðàçðÿäà êîíäåíñàòîðîâ ïðîèñõîäèò â îáðàòíîì ïîðÿäêå. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íàäåæíîé ðàáîòû ðàññìîòðåííûõ âûøå óñòðîéñòâ ñòîèò ïðåäóñìîòðåòü èõ ðåçåðâíîå ïèòàíèå. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4050B 2. Datasheet Texas Instruments CD4066B 3. Datasheet Texas Instruments CD40106B
+10 Â SA 14
DA1
DD1
DA2
7
R1 100ê DD1.1 1
1
R2 1.2ê 3
2
R3 1.2ê
DD1.2 1
R5
100ê C2
DD1 CD40106
4
R4 R6 5.1Ì
C1 100í
100ê R5 5.1Ì
C3
Ðèñóíîê 5. Ñõåìà çàâèñèìî-ïîñëåäîâàòåëüíîãî ýñòàôåòíîãî âêëþ÷åíèÿ è îòêëþ÷åíèÿ íàãðóçîê ñ èñïîëüçîâàíèåì ÊÌÎÏ-èíâåðòîðîâ CD40106.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
63
ÈÊ-ìàÿê äëÿ ýêñïåðèìåíòîâ ñ àâòîíîìíûìè
Áàñêîâ Ì. Ï.
ìîáèëüíûìè ðîáîòàìè Áàñêîâ Ì.Ï., Ëåâàøîâ Î.Ä. Ìîñêâà – Áðåøèÿ (Èòàëèÿ)
Àííîòàöèÿ  õîäå ýêñïåðèìåíòîâ ïî èññëåäîâàíèþ ïîâåäåí÷åñêèõ àëãîðèòìîâ íàì ïîòðåáîâàëèñü íåñêîëüêî ìàÿêîâ, óñòàíîâëåííûõ â ðåïåðíûõ òî÷êàõ ïîìåùåíèÿ. Êàæäûé ìàÿê äîëæåí ãåíåðèðîâàòü óíèêàëüíûé êîä, ïîçâîëÿþùèé åãî èäåíòèôèöèðîâàòü. Åñòåñòâåííî, êîíñòðóêöèÿ òàêîãî ìàÿêà äîëæíà áûòü íåñëîæíîé, ýëåêòðîííàÿ ñõåìà – ïðîñòîé, à ýêîíîìè÷íîñòü – ìàêñèìàëüíî âûñîêîé.  ñòàòüå ïðèâîäÿòñÿ ïðèíöèïèàëüíûå ñõåìû ìàÿêà è ìîäóëÿ óñòàíîâëåííîãî íà àâòîíîìíîì ìîáèëüíîì ðîáîòå. Äëÿ òåñòèðîâàíèÿ îðèåíòàöèè ïî ìàÿêàì èñïîëüçîâàëàñü ïëàòôîðìà íà ãóñåíè÷íîì õîäó ñ ðàçìåðàìè 20 ñì × 10 ñì ïîä óïðàâëåíèåì ìèêðîêîíòðîëëåðà «Iskra JS».
Ðåàëèçàöèÿ Äëÿ ñîáëþäåíèÿ óñëîâèÿ ýêîíîìè÷íîñòè ìàÿê äîëæåí ðàáîòàòü â äèàëîãîâîì ðåæèìå ñ ðîáîòîì, ò.å. ãåíåðèðîâàòü ñèãíàë òîëüêî ïî çàïðîñó îò ðîáîòà. Òðåáîâàíèå ïðîñòîòû òèðàæèðîâàíèÿ êîíñòðóêöèè ìàÿêà äîñòèãàåòñÿ èñïîëüçîâàíèåì â êà÷åñòâå ãåíåðàòîðà óíèêàëüíîãî êîäà ïóëüòà äèñòàíöèîííîãî óïðàâëåíèÿ, äàëåå ÏÄÓ.
64
Ìàÿê ñîäåðæèò ïðèåìíèê ñèãíàëà çàïðîñà, ýëåêòðîííóþ ñõåìó èìèòàòîðà íàæàòèÿ êíîïêè è ÏÄÓ, îáúåäèí¸ííûå â îäíî êîíñòðóêòèâíîå öåëîå. Âíåøíèé âèä ìàÿêà ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 1.1.
Ðèñóíîê 1. (1) – Ìàÿê, (2) – ïðèåìîïåðåäàò÷èê ðîáîòà, (3) – îáúåêòèâû 10 ãðàäóñîâ.
Êîðïóñ óñòðîéñòâà âûïîëíåí èç äâóñòîðîííåãî ôîëüãèðîâàííîãî ñòåêëîòåêñòîëèòà, îáåñïå÷èâàþùåãî íàäåæíîå îïòè÷åñêîå ýêðàíèðîâàíèå. Êíîïêè ïóëüòà äîñòóïíû äëÿ òàêòèëüíîãî íàæàòèÿ, ÷òî ïîçâîëÿåò ñ åãî ïîìîùüþ ïðè íåîáõîäèìîñòè óïðàâëÿòü íåêîòîðûìè ôóíêöèÿìè ðîáîòà.
ÑÕÅÌÛ
+ R1
Ê áàòàðåå ïóëüòà
R3
–
DD3.1
DD2.1 +
Ê êîíòàêòàì ïóëüòà
C1 R2*
C3
DD2.2
à DD1
C2
VD1
R4 VD2 DD2.3 C4 DD2.4
DD1 – TSOP4838 DD2 – CD4093BE DD3 – CD4016BE VD1, VD2 – 1N60P R1 – 100 Îì R2, R3, R4 – 51 êÎì C1 – 10.0 ìêÔ C2, C3 – 220 íÔ C4 – 2.2 ìêÔ
Ðèñóíîê 2. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ìàÿêà.
Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà ýëåêòðîííîé ÷àñòè ìàÿêà èçîáðàæåíà íà Ðèñóíêå 2. Ïèòàíèå ìàÿêà îñóùåñòâëÿåòñÿ îò áàòàðåè ïóëüòà. Ñõåìà ðàáîòàåò ñëåäóþùèì îáðàçîì. Îòðèöàòåëüíûå èìïóëüñ ñ âûõîäà ôîòîïðèåìíèêà DD1 ïðîõîäèò ÷åðåç RC-ôèëüòð íà ýëåìåíòàõ R2 è Ñ2, îòñåêàþùèé ïîìåõè ñ äëèòåëüíîñòüþ ìåíåå 15 ìñ, è îïðîêèäûâàåò RS-òðèããåð íà ýëåìåíòàõ DD2.2 è DD2.3. Ïîëîæèòåëüíûé ïåðåïàä ñ âûõîäà DD2.2 çàïóñêàåò ôîðìèðîâàòåëü èìïóëüñà íà ýëåìåíòàõ R4, C4 è DD2.3, îáåñïå÷èâàþùèé âîçâðàò RS-òðèããåðà â èñõîäíîå ñîñòîÿíèå ÷åðåç 200 ìñ. Èíôîðìàöèîííûé âõîä RS-òðèããåðà íà ýòî âðåìÿ áëîêèðóåòñÿ ÷åðåç äèîä VD1 íèçêèì ïîòåíöèàëîì ñ âûõîäà DD2.3. Îòðèöàòåëüíûé ïåðåïàä íà âûõîäå DD2.3 çàïóñêàåò ôîðìèðîâàòåëü èìïóëüñà íà ýëåìåíòàõ R3, C3 è DD2.1. Ïîëîæèòåëüíûé èìïóëüñ äëèòåëüíîñòüþ 20 ìñ ñ âûõîäà DD2.1 ïîñòóïàåò íà âõîä ýëåêòðîííîãî êëþ÷à DD3.1, èìèòèðóþùåãî íàæàòèå êíîïêè ïóëüòà. Äëÿ íàëàäêè íåîáõîäèìî ïîäàòü îòðèöàòåëüíûå èìïóëüñû ÷àñòîòîé 1–5 Ãö äëèòåëüíîñòüþ 1–25 ìñ â òî÷êó «à», íå îòêëþ÷àÿ ôîòîïðèåìíèê. Âêëþ÷èâ âìåñòî ðåçèñòîðà R2 ïåðåìåííûé ðåçèñòîð 100 êÎì, ïîäáèðàåì åãî çíà÷åíèå òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû èìïóëüñû äëèòåëüíîñòüþ ìåíåå 15 ìñ íå âûçûâàëè ñðàáàòûâàíèÿ RS-òðèããåðà.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Äëèòåëüíîñòü âõîäíîãî èìïóëüñà ìîæåò áûòü â ïðåäåëàõ 15–25 ìñ, îäíàêî åå óâåëè÷åíèå áîëåå 25–30 ìñ ïðèâåäåò ê íåóñòîé÷èâîé ðàáîòå ñõåìû.  íàøåì ñëó÷àå äëèòåëüíîñòü óïðàâëÿþùèõ èìïóëüñîâ ñîñòàâëÿåò 20 ìñ. Ïðèåìíèê èäåíòèôèêàòîðà ìàÿêà è ïåðåäàò÷èê óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé åäèíóþ êîíñòðóêöèþ, óñòàíîâëåííóþ íà ïîâîðîòíîé ïëàòôîðìå ðîáîòà. Âíåøíèé âèä ïîêàçàí íà Ðèñóíêå 1.2. Ýëåêòðîííàÿ ñõåìà ýòîãî ìîäóëÿ, ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 3 è ñîäåðæèò äâà ôóíêöèîíàëüíûõ ìîäóëÿ: ! ñîáñòâåííî ôîòîïðèåìíèê, ñíàáæåííûé óçêîíàïðàâëåííîé îïòèêîé è ! ôîðìèðîâàòåëü óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà äëÿ ìàÿêà, ïðåäñòàâëÿþùèé ñîáîé ãåíåðàòîð ÷àñòîòû 38 êÃö, óïðàâëÿåìûé ìèêðîêîíòðîëëåðîì. Ââèäó ïðîñòîòû ñõåìû, êîììåíòàðèè íå òðåáóþòñÿ. ×åì óæå «óãîë çðåíèÿ» îáúåêòèâà, è ÷åì ìåëü÷å øàã ñêàíèðîâàíèÿ îêðóæàþùåãî ïðîñòðàíñòâà, òåì òî÷íåå îïðåäåëåíèå íàïðàâëåíèÿ íà ìàÿê. Ìû èñïîëüçîâàëè äåñÿòèãðàäóñíîå ñêàíèðîâàíèå, äåñÿòèãðàäóñíûé îáúåêòèâ ñ AliExpress, èçîáðàæåííûé íà Ðèñóíêå 1.3, ñíàáæåííûé òðóáêîé – êîëëèìàòîðîì, óìåíüøàþùåé ïàðàçèòíóþ çàñâåòêó. Òðóáêà èìååò ÷åðíóþ ìàòîâóþ âíóòðåííþþ ïîâåðõíîñòü
65
(à)
+ R1
3.3 Â îò ÌÊ –
+
25 ìì D10 ìì
C2
+
C1 Íà âõîä ÌÊ
DD1
R2 Îò ÌÊ
DD2.1
DD2.3
DD2.2
R5
VT1
DD1 – TSOP4838 DD2 – CD4093BE VD1 – WEIDLY 3 ìì VT1 – BC516 R1, R6 – 100 Îì R2 – 20 êÎì R3, R4 – 5.1 êÎì R5 – 1 êÎì C1 – 10.0 ìêÔ C2 – 3300.0 ìêÔ C3 – 4.7 íÔ
R6 R3 C3
R4
38 êÃö
VD1
(á) Ðèñóíîê 3. Ïðèíöèïèàëüíûå ñõåìû ïðèåìíèêà èäåíòèôèêàòîðà ìàÿêà (à) è ïåðåäàò÷èêà óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà (á).
äëÿ ýôôåêòèâíîãî ïîäàâëåíèÿ áëèêîâ. Îáúåêòèâ ñëåäóåò ñëåãêà äîðàáîòàòü, ÷òîáû ëèíçà ôîòîïðèåìíèêà ÒSOP4838 íàõîäèëàñü ïðèìåðíî íà 1.5 ìì áëèæå ê ëèíçå îáúåêòèâà, ÷åì òî÷êà ôîêóñà. Ìåòàëëè÷åñêèé ýêðàí ñ ôîòîïðèåìíèêà íóæíî ñíÿòü. Âàæíåéøèì óñëîâèåì ðàáîòoñïîñîáíîñòè ÿâëÿåòñÿ èñêëþ÷åíèå îïòè÷åñêîé ñâÿçè ìåæäó ñâåòîäèîäîì VD1 è ôîòîïðè¸ìíèêîì DD1. Ðàññìîòðèì ðàáîòó ñèñòåìû îðèåíòàöèè ïî ìàÿêó íà êîíêðåòíîì ïðèìåðå, êîãäà ðîáîò äîëæåí èçìåíèòü äâèæåíèå â íàïðàâëåíèè íà ìàÿê. Ìèêðîêîíòðîëëåð â öèêëå ïîøàãîâî óïðàâëÿåò ïîâîðîòîì ñêàíåðà. Ïîñëå î÷åðåäíîãî øàãà è íåáîëüøîé ïàóçû, íåîáõîäèìîé äëÿ óñïîêîåíèÿ ìåõàíè÷åñêèõ êîëåáàíèé, ìèêðîêîíòðîëëåð ïîäàåò íà âõîä ôîðìèðîâàòåëÿ óïðàâëÿþùåãî ñèãíàëà (Ðèñóíîê 3á) îòðèöàòåëüíûé èìïóëüñ äëèòåëüíîñòüþ 20 ìñ. Ñâåòîäèîä VD1 èçëó÷àåò ïà÷êó ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ ÷àñòîòîé 38 êÃö äëèòåëüíîñòüþ 20 ìñ. Åñëè ïî âåêòîðó èçëó÷åíèÿ ðàñïîëîæåí ìàÿê, îí îòâå÷àåò íà óïðàâëÿþùèé ñèãíàë èçëó÷åíèåì ñâîåãî èäåíòèôèêàòîðà, êîòîðûé ïðèíèìàåòñÿ ôîòîïðèåìíèêîì DD1 è
66
àíàëèçèðóåòñÿ ñðåäñòâàìè ïðîãðàììíîãî îáåñïå÷åíèÿ ìèêðîêîíòðîëëåðà. Áîëüøèíñòâî ðàñïðîñòðàíåííûõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ èìååò áèáëèîòåêè äëÿ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ ÏÄÓ, òàê ÷òî äåøèôðàöèÿ èäåíòèôèêàòîðà íå ïðåäñòàâëÿåò ïðîáëåìû. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ìèêðîêîíòðîëëåð ïðèíÿë èäåíòèôèêàòîð ìàÿêà, ê êîòîðîìó ïî óñëîâèÿì ýêñïåðèìåíòà äîëæåí íàïðàâèòüñÿ ðîáîò. Äëÿ ýòîãî ðîáîò äîëæåí èçìåíèòü íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ. Çäåñü ìû âñòðå÷àåìñÿ ñ ïðîáëåìîé ïîâîðîòà ðîáîòà íà çàäàííûé óãîë. Èñïîëüçîâàíèå ìàãíèòîìåòðà êàê äàò÷èêà ïîëîæåíèÿ â ïîìåùåíèÿõ çàòðóäíåíî èç-çà íàëè÷èÿ âíåøíèõ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé. Ïðàêòè÷åñêè åäèíñòâåííûì ñðåäñòâîì îñòàåòñÿ ïðîâåðåííûé â ëþáèòåëüñêîì ðîáîòîñòðîåíèè ñïîñîá êîíòðîëÿ óãëà ïîâîðîòà ïî ñèëå è/èëè äëèòåëüíîñòè óïðàâëÿþùåãî âîçäåéñòâèÿ íà ïðèâîä. Íåäîñòàòêîì òàêîãî ìåòîäà óïðàâëåíèÿ ÿâëÿåòñÿ çàâèñèìîñòü ïàðàìåòðîâ óïðàâëÿþùåãî âîçäåéñòâèÿ îò õàðàêòåðà ïîêðûòèÿ ïîâåðõíîñòè, ïî êîòîðîé ïåðåìåùàåòñÿ ðîáîò. Ìû ðåêîìåíäóåì ëþáûå ýêñïåðèìåíòû, ñâÿçàííûå ñ âûïîëíåíèåì ðîáîòîì ñëîæíûõ
ÑÕÅÌÛ
çàäàíèé, òàêèõ êàê îðèåíòàöèÿ ïî ìàÿêàì, ïðîõîæäåíèå ëàáèðèíòà èëè ïîèñêà âûõîäà 1) èç «ïðîáëåìíîé êëåòêè », âûïîëíÿòü â ïîìåùåíèÿõ ñ îäíîðîäíûì ïîêðûòèåì ïîëà. Ïðîãðàììó óïðàâëåíèÿ ïðèâîäîì æåëàòåëüíî äîïîëíèòü ìîäóëåì êîððåêöèè ïàðàìåòðîâ ïî ÈÊ èëè ðàäèî êàíàëó äëÿ îïåðàòèâíîé êàëèáðîâêè â ñîîòâåòñòâèè ñ õàðàêòåðîì ïîêðûòèÿ.  çàêëþ÷åíèå îñòàíîâèìñÿ íà îäíîé íåî÷åâèäíîé ñèòóàöèè îðèåíòàöèè ïî ìàÿêàì. Åñëè ðîáîò íàõîäèòñÿ â áëèæíåé çîíå ìàÿêà (ìåíåå 1 ì), è ñïðàâà ïî âåêòîðó äâèæåíèÿ èìååòñÿ ñòåíà, òî âîçìîæíà ñèòóàöèÿ, êîãäà îòðàæåííûé îò ñòåíû ñèãíàë ñîçäàñò ëîæíóþ öåëü.  ïðîöåññå ñêàíèðîâàíèÿ ñïðàâà íàëåâî ðîáîò íàõîäèò ëîæíóþ öåëü ïåðâîé è ñîâåðøàåò îøèáî÷íûé ïîâîðîò âïðàâî, âìåñòî ïðîäîëæåíèÿ äâèæåíèÿ ê ìàÿêó. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî ïðè ðàñïîëîæåíèè ñòåíû ñëåâà òàêàÿ ñèòóàöèÿ íå âîçíèêàåò, òàê êàê ðîáîò íàõîäèò èñòèííóþ öåëü ïåðâîé è ïðåêðàùàåò ñêàíèðîâàíèå.
 âèäåîïðèëîæåíèè ê ñòàòüå ïðèâîäèòñÿ íàðåçêà êîðîòêèõ ôðàãìåíòîâ, èëëþñòðèðóþùèõ ìàòåðèàë ñòàòüè.  äåìîíñòðàöèîííûõ öåëÿõ êàæäàÿ èòåðàöèÿ îðèåíòàöèè íà ìàÿê èíèöèèðóåòñÿ âðó÷íóþ. Íà âèäåî õîðîøî âèäíî, ÷òî óãîë ñêàíèðîâàíèÿ îãðàíè÷åí 180 ãðàäóñàìè. Äëÿ ðàñøèðåíèÿ ôóíêöèîíàëà æåëàòåëüíî èñïîëüçîâàòü ñåðâîïðèâîä, èìåþùèé óãîë ïîâîðîòà 360 ãðàäóñîâ.
Çàêëþ÷åíèå  ñòàòüå ïðèâîäèòñÿ ñïîñîá îðèåíòàöèè àâòîíîìíîãî ìîáèëüíîãî ðîáîòà ïî ÈÊ-ìàÿêàì è êîíêðåòíûå ýëåêòðîííûå ñõåìû, îòëè÷àþùèåñÿ ïðîñòîòîé è ýêîíîìè÷íîñòüþ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments CD4016B 2. Datasheet Texas Instruments CD4093B 3. Datasheet Vishay TSOP48xx 4. Datasheet DEC 1N60P 5. Datasheet ON Semiconductor BC516 6. Datasheet Iskra JS
Çàãðóçêè Èëëþñòðàöèÿ ðàáîòû àâòîíîìíîãî ìîáèëüíîãî ðîáîòà
1) «Ïðîáëåìíàÿ êëåòêà» – òåðìèí, ââåäåííûé îñíîâàòåëåì áèõåâèîðèçìà Ýäâàðäîì Ëè Òîðíäàéêîì è
îçíà÷àåò ïðîñòðàíñòâî ñ ìíîæåñòâîì ïðåïÿòñòâèé, èç êîòîðîãî æèâîòíîå äîëæíî íàéòè âûõîä, äåéñòâóÿ ìåòîäîì «ïðîá è îøèáîê».
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
67
Îðèãèíàëüíàÿ ñõåìà èçîëÿöèè äàò÷èêà òåìïåðàòóðû îò ìèêðîêîíòðîëëåðà Alfredo Saab EDN
ÈÈíîãäà
äàò÷èêè òåìïåðàòóðû äîëæíû ðàáîòàòü â ìåñòàõ, âîçâðàòíûå ïîòåíöèàëû êîòîðûõ çíà÷èòåëüíî îòëè÷àþòñÿ îò îáùåãî ïîòåíöèàëà ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ. Ñëåäîâàòåëüíî, ñõåìà ïîääåðæêè äàò÷èêà òåìïåðàòóðû äîëæíà îáåñïå÷èâàòü ãàëüâàíè÷åñêóþ
ðàçâÿçêó ìåæäó äàò÷èêîì è ñèñòåìîé ñáîðà åãî äàííûõ. Êðîìå òîãî, â ñèñòåìå ñáîðà äàííûõ ðåäêî èìååòñÿ èçîëèðîâàííûé èñòî÷íèê äëÿ ïèòàíèÿ äàò÷èêà. Èçîáðàæåííàÿ íà Ðèñóíêå 1 ñõåìà ðåøàåò îáå ïðîáëåìû, èçîëèðóÿ è ñèãíàë äàò÷èêà, è èñòî÷íèê ïèòàíèÿ.
ÈÇÎËÈÐÓÞÙÈÉ ÁÀÐÜÅÐ
5Â
R5 1k D1
R1 2.2k
ÂÛÕÎÄ
VCC D1 FS SD
5Â Q1 2N3904
0 T C1 0.1 µF
IC1 MAX845
C4 10 µF
T1 D2
D3
C3 1 nF
D2 GND1 GND2
C2 20 nF
D4
VCC
R3 390
Q2 2N3904
TS0
OUT R4 10k
IC2 MAX6576 TS1 GND
R2 75 ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈÅ: D1…D4 – MBR0520L.
Ðèñóíîê 1. Òðàíñôîðìàòîð T1 èçîëèðóåò äàò÷èê òåìïåðàòóðû IC2 îò èñïûòûâàåìîãî îáîðóäîâàíèÿ. Ïåðèîä âûõîäíûõ èìïóëüñîâ ìèêðîñõåìû IC1 èçìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû. Êîýôôèöèåíò ïðåîáðàçîâàíèÿ ðàâåí 10 ìêñ/K è ìîæåò ðåãóëèðîâàòüñÿ ïîëüçîâàòåëåì â äèàïàçîíå îò 10 äî 640 ìêñ/K.
68
ÑÕÅÌÛ
Ïðîòèâîôàçíûå âûõîäíûå ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ïîñòîÿííîé ÷àñòîòû, ôîðìèðóåìûå ìèêðîñõåìîé äðàéâåðà òðàíñôîðìàòîðà MAX845 (IC1 ), óïðàâëÿþò òðàíñôîðìàòîðîì TGM-010P3 êîìïàíèè Halo Electronics, èìåþùèì äâå ïåðâè÷íûå îáìîòêè è îäíó âòîðè÷íóþ îáìîòêó áåç îòâîäîâ ñ ñîîòíîøåíèåì âèòêîâ 1:1:1. Âòîðè÷íàÿ îáìîòêà íàãðóæåíà íà ìîñòîâîé âûïðÿìèòåëü Ãðýòöà, êîòîðûé ïèòàåò ìèêðîñõåìó MAX6576 (IC2) íàïðÿæåíèåì ïîðÿäêà 4.5 Â. Ìèêðîñõåìà MAX6576, îáúåäèíÿþùàÿ â íåäîðîãîì êîðïóñå äàò÷èê òåìïåðàòóðû, ýëåêòðîíèêó îáðàáîòêè ñèãíàëîâ è ïðîñòîé â èñïîëüçîâàíèè èíòåðôåéñ ââîäà/âûâîäà, ïîòðåáëÿåò íåáîëüøîé òîê è ñîõðàíÿåò óêàçàííóþ â äîêóìåíòàöèè òî÷íîñòü â äèàïàçîíå ïèòàþùèõ íàïðÿæåíèé îò 3 äî 5 Â. Åñëè ïîäêëþ÷èòü äàò÷èê òàê, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 1, îí áóäåò ðàáîòàòü êàê ïðåîáðàçîâàòåëü àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû â ïåðèîä ñëåäîâàíèÿ èìïóëüñîâ ñ íîìèíàëüíûì êîýôôèöèåíòîì ïðåîáðàçîâàíèÿ 10 ìêñ/K, ÷òî ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå äàñò ïåðèîä, ðàâíûé ïðèìåðíî 2.980 ìñ, èëè ÷àñòîòó 335 Ãö. Êîýôôèöèåíò ïðåîáðàçîâàíèÿ ìîæíî ðåãóëèðîâàòü â äèàïàçîíå îò 10 äî 640 ìêñ/K. Çàìåòèì, ÷òî áîëåå «äëèííûå» êîíñòàíòû ïðåîáðàçîâàíèÿ ïîçâîëÿþò óâåëè÷èòü âðåìÿ èíòåãðèðîâàíèÿ ñèãíàëà, ÷òîáû ìèíèìèçèðîâàòü âëèÿíèå øóìîâ. Ñèììåòðè÷íûå ïðÿìîóãîëüíûå âûõîäíûå èìïóëüñû IC2 ÷åðåç 10êèëîîìíûé ðåçèñòîð R4 óïðàâëÿþò áàçîé òðàíçèñòîðà Q2. Êîëëåêòîðíîé íàãðóçêîé Q2 ñëóæèò ðåçèñòîð R3 ñîïðîòèâëåíèåì 390 Îì, ïîäêëþ÷åííûé ê òåì æå ëèíèÿì, ïî êîòîðûì ïîäàåòñÿ ïèòàíèå íà äàò÷èê òåìïåðàòóðû. Êîãäà Q2 îòêðûò, îí ïîòðåáëÿåò îò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ àñèììåòðè÷íûé òîê, êîòîðûé ïðåâûøàåò òîê ïèòàíèÿ âî âðåìÿ ïîëîæèòåëüíîãî ïîëóïåðèîäà âûõîäíîãî ñèãíàëà äàò÷èêà.  ñâÿçàííîé ñ ìèêðîñõåìîé IC1 öåïè ïðîòåêàíèÿ âûõîäíîãî òîêà ñî ñòîðîíû ñèñòåìû ñáîðà äàííûõ ðåçèñòîð R2 è êîíäåíñàòîð C2 øóíòèðóþò ïåðåõîä áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1. Íîìèíàëû R2 è C2 òàêîâû, ÷òî ñóììû òîêà ìèêðîñõåìû IC2 è òîêà íàìàãíè÷èâàíèÿ òðàíñôîðìàòîðà T1 áóäåò íåäîñòàòî÷íî äëÿ îòêðûâàíèÿ òðàíçèñòîðà Q1. Îòêðûòûé òðàíçèñòîð Q2 ïîòðåáëÿåò îò èçîëèðîâàííîé ëèíèè ïèòàíèÿ 4.5  òîê ïîðÿäêà 12 ìÀ. Îòðàæàÿñü â ïåðâè÷íóþ îáìîòêó, òîê ïðîâîäèìîñòè Q2 îò èñòî÷íèêà 5  ïðîõîäèò ÷åðåç ìèêðîñõåìó IC1, âûâîäû çåìëè è ÷àñòè÷íî ÷åðåç
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
ÂÛÕÎÄ MAX6576
0Â
2 Â/ÄÅË
ÂÛÕÎÄ (ÊÎËËÅÊÒÎÐ Q1)
0Â
1 ñ/ÄÅË
Ðèñóíîê 2. Îòíîñèòåëüíûé äæèòòåð, èçìåðåííûé îò ïîëîæèòåëüíîãî ôðîíòà âûõîäíîãî èìïóëüñà IC2 äî âûõîäà ñõåìû (êîëëåêòîð Q1), ñîñòàâëÿåò â ñðåäíåì ìåíåå 1 ìêñ.
ÂÛÕÎÄ MAX6576 0Â
2 Â/ÄÅË
ÂÛÕÎÄ (ÊÎËËÅÊÒÎÐ Q1)
0Â
1 ñ/ÄÅË
Ðèñóíîê 3. Êàê è íà Ðèñóíêå 2, ñðåäíèé äæèòòåð âûõîäà Q1 îòíîñèòåëüíî îòðèöàòåëüíîãî ôðîíòà âûõîäíîãî ñèãíàëà IC1 â ñðåäíåì ñîñòàâëÿåò ìåíåå 1 ìêñ.
R2. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà R2 ïðåâûøàåò ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå áàçà-ýìèòòåð òðàíçèñòîðà Q1 è îáåñïå÷èâàåò äîñòàòî÷íûé áàçîâûé òîê äëÿ âêëþ÷åíèÿ Q1. Òàêèì îáðàçîì, êîãäà òðàíçèñòîð Q2 îòêðûò, îòêðûò è Q1, è èçîëèðîâàííûå âûõîäíûå ïðÿìîóãîëüíûå èìïóëüñû ìèêðîñõåìû IC1 êîïèðóþòñÿ íà êîëëåêòîðå Q1. Êàê âèäíî èç îñöèëëîãðàìì íà Ðèñóíêàõ 2 è 3, âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà, äæèòòåð è çàäåðæêà ðàñïðîñòðàíåíèÿ Q1 â ñóììå ñîñòàâëÿþò ïîðÿäêà 2 ìêñ. Ýêâèâàëåíòíàÿ îøèáêà èçìåðåíèé, îáóñëîâëåííàÿ äæèòòåðîì, îñòàåòñÿ ìåíåå 0.1 K äàæå ïðè ñàìîé âûñîêîé ñêîðîñòè ïðåîáðàçîâàíèÿ ñ êîýôôèöèåíòîì 10 ìêñ/K.
69
Èçìåíåíèå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ñõåìû â äèàïàçîíå îò 4.5 äî 5.5  âíîñèò îøèáêó ìåíåå 0.1 K. Ñ âûõîäà ñõåìû (êîëëåêòîðà Q1) ìîæíî çàáèðàòü òîê â íåñêîëüêî ìèëëèàìïåð ïðè ðàçìàõå íàïðÿæåíèÿ îò 0 äî 5 Â. Ýòó êîíñòðóêöèþ ìîæíî ïðèñïîñîáèòü äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êà÷åñòâå ïðåîáðàçîâàòåëÿ òåìïåðàòóðà-÷àñòîòà èëè äëÿ ðàáîòû ñ äðóãèìè äàò÷èêàìè òåìïåðàòóðû. ÐË
70
Ññûëêè 1. MAX845 Evaluation Kit, Maxim Inc, October 1997.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Maxim MAX845 2. Datasheet Maxim MAX6576 3. Datasheet Halo Electronics TGM-010P3RL
ÑÕÅÌÛ
Ñõåìû ðàäèîïðèåìíèêîâ íà îñíîâå àóäèîóñèëèòåëÿ LM386 Martyn Mckinney EDN
ÕÕîòÿ øèðîêî ðàñïðîñòðàíåííàÿ ìèêðîñõåìà LM386 ðàçðàáàòûâàëàñü êàê óñèëèòåëü çâóêà, îíà îáëàäàåò ðÿäîì íåäîêóìåíòèðîâàííûõ õàðàêòåðèñòèê, êîòîðûå ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ñîçäàíèÿ ïðîñòûõ ñõåì ðàäèîïðèåìíèêîâ, îáåñïå÷èâàþùèõ óäèâè-
òåëüíî âûñîêèå õàðàêòåðèñòèêè. Ýòè ñõåìû ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ äëÿ ïðèåìà ÀÌ, òåëåãðàôíûõ è SSB ñèãíàëîâ ðàäèîñòàíöèé ñðåäíå- è êîðîòêîâîëíîâîãî äèàïàçîíîâ ÷àñòîò áåç íåîáõîäèìîñòè èñïîëüçîâàíèÿ âíåøíåé àíòåííû. 6
VS
15 k ØÓÍÒÈÐÎÂÀÍÈÅ
7
15 k
ÓÑÈËÅÍÈÅ ÓÑÈËÅÍÈÅ 8 1 15 k
150 2
5
3
– ÂÕÎÄ
50 k
VOUT
1.35 k
+ ÂÕÎÄ
50 k
4
GND
Ðèñóíîê 1. Ñõåìà èç òåõíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ ìèêðîñõåìû LM386 êîìïàíèè Texas Instruments.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
71
Âíèìàòåëüíîå ðàññìîòðåíèå âíóòðåííåé ñõåìû LM386, èçîáðàæåííîé íà Ðèñóíêå 1, ïîêàçûâàåò, ÷òî åå êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ ïî íàïðÿæåíèþ îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì âíóòðåííèõ ðåçèñòîðîâ îáðàòíîé ñâÿçè è ñîïðîòèâëåíèåì äîïîëíèòåëüíîãî (âíåøíåãî) øóíòèðóþùåãî ðåçèñòîðà. Ïðè îòñóòñòâèè øóíòèðóþùåãî ðåçèñòîðà è èñïîëüçîâàíèè îäíîãî âõîäíîãî âûâîäà êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ðàâåí
15,000 = 10 . 1350 + 150 Ïðè èñïîëüçîâàíèè â äèôôåðåíöèàëüíîì ðåæèìå (âõîäíîé ñèãíàë ïîäàåòñÿ íà âûâîäû 2 è 3) åãî óñèëåíèå óäâàèâàåòñÿ. Åñëè ìåæäó âûâîäàìè 1 è 8 âêëþ÷èòü êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ 10 ìêÔ, îí çàøóíòèðóåò ðåçèñòîð îáðàòíîé ñâÿçè 1350 Îì, â ðåçóëüòàòå ÷åãî êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ äëÿ îäíîãî âõîäíîãî âûâîäà ñîñòàâèò 15,000/150 = 100. Åñëè æå êîíäåíñàòîð âêëþ÷èòü ìåæäó âûâîäîì 1 è çåìëåé, áóäóò ýôôåêòèâíî çàøóíòèðîâàíû îáà ðåçèñòîðà îáðàòíîé ñâÿçè. Ðåçóëüòàòîì ñòàíåò ýêñòðåìàëüíî áîëüøîå è íåîïðåäåëåííîå óñèëåíèå àóäèî (15,000/?), êîòîðîå ìîæíî óñòàíîâèòü, äîáàâèâ ê øóíòèðóþùåìó êîíäåíñàòîðó 10 ìêÔ ïîñëåäîâàòåëüíûé ðåçèñòîð íåáîëüøîãî ñîïðîòèâëåíèÿ. Ïðè ñîïðîòèâëåíèè ðåçèñòîðà 10 Îì óñèëåíèå áóäåò ðàâíî 15,000/10=1,500.  ýòîé êîíôèãóðàöèè ìàêñèìàëüíî äîñòèæèìûé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ íàïðÿæåíèÿ ïðåâûñèò 70 äÁ.
+
100µF 10µF +
LM386
72
6 2 3
7
–
1
+
8
5
100µF +
4
Ðèñóíîê 2. Ìèêðîñõåìà LM386 ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ êàê íàñòðàèâàåìûé ðàäèî÷àñòîòíûé ïðèåìíèê.
âõîäå ñòàíäàðòíóþ ñðåäíåâîëíîâóþ àíòåííó, íàìîòàííóþ íà ôåððèòîâîì ñòåðæíå. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ÷óâñòâèòåëüíîñòü ïðèåìíèêà íå î÷åíü âûñîêà, îí ñïîñîáåí â ãîðîäñêèõ óñëîâèÿõ áåç âíåøíåé àíòåííû ïðèíèìàòü íåñêîëüêî ìåñòíûõ ñòàíöèé. Ñõåìà ýòîãî ïðèåìíèêà èçîáðàæåíà íà Ðèñóíêå 2.
Ðåãåíåðàòèâíûé ñðåäíåâîëíîâûé ïðèåìíèê Èç òåõíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ LM386 ñëåäóåò, ÷òî åãî óñèëåíèå îñòàåòñÿ áîëüøå åäèíèöû (10 äÁ) íà ÷àñòîòàõ, ïðåâûøàþùèõ 1 ÌÃö (Ðèñóíîê 3). Ïî ýòîé ïðè÷èíå LM386 ñïîñîáåí ãåíåðèðîâàòü íà ñðåäíèõ ÷àñòîòàõ ÀÌ äèàïàçîíà (540 … 1600 êÃö), ÷òî äåëàåò âîçìîæíûì èñïîëüçîâàíèå ìèêðîñõåìû â ñõåìå ñðåäíåâîëíîâîãî ðåãåíåðàòèâíîãî ïðèåìíèêà ÀÌ ñèãíàëîâ. Ýòî çíà÷èòåëüíî óëó÷øàåò
Ïðîñòîé ïðèåìíèê ïðÿìîãî óñèëåíèÿ
60 ÊÎÝÔÔÈÖÈÅÍÒ ÓÑÈËÅÍÈß (äÁ)
Ïîòåíöèàë LM386 êàê ðàäèîïðèåìíèêà áûë îáíàðóæåí íåñêîëüêî ëåò íàçàä ïðè èññëåäîâàíèè àíîìàëüíîãî ïîâåäåíèÿ â ïðèåìíèêå, êîòîðûé ñîäåðæàë îäíî èç ýòèõ óñòðîéñòâ.  ïðîöåññå ïîèñêà íåèñïðàâíîñòè áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî LM386 äåéñòâóåò êàê äåòåêòîð îãèáàþùåé âûñîêî÷àñòîòíîãî ñèãíàëà ñ áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ, êîòîðûé ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå ÀÌïðèåìíèêà, ïðîñòî ïîäêëþ÷èâ ê åãî âõîäó ðåçîíàíñíûé êîíòóð. Îêàçàëîñü, ÷òî, ðåàëèçîâàâ óïîìÿíóòûå ðàíåå äâå îñîáåííîñòè LM386, ìîæíî ñîçäàòü ïðîñòîé íàñòðàèâàåìûé ðàäèî÷àñòîòíûé ïðèåìíèê, èñïîëüçóÿ íà
+9 Â
50
C1,8 = 10 ìêÔ
40 30
C1,8 = 0
20 10 0 100
1k
10k
100k
1M
×ÀÑÒÎÒÀ (Ãö)
Ðèñóíîê 3. Ýòà çàâèñèìîñòü óñèëåíèÿ îò ÷àñòîòû âçÿòà èç äîêóìåíòàöèè Texas Instruments íà ìèêðîñõåìó LM386.
ÑÕÅÌÛ
47 +
100µF
+9 Â
10µF +
220pF 6 2 3 LM386N 365 pF
Ðåãåíåðàòèâíûé êîðîòêîâîëíîâûé ïðèåìíèê
1
–
8
+
7
4
1mH to 10mH
ÔÅÐÐÈÒÎÂÀß 10 ÀÍÒÅÍÍÀ µF + ÑÂ ÄÈÀÏÀÇÎÍÀ
èñïîëüçîâàòü åãî â êà÷åñòâå ðåãåíåðàòèâíîãî ïðèåìíèêà, ê âûâîäó 7 ïîäêëþ÷åí ïåðåìåííûé ðåçèñòîð 10 êÎì, êîòîðûé óìåíüøàåò òîê ãåíåðèðóþùåãî òðàíçèñòîðà íà íåèíâåðòèðóþùåì âûâîäå 3, ÷òî, â ñâîþ î÷åðåäü, óìåíüøàåò óñèëåíèå ãåíåðàòîðà.
5 100 µF ÐÅÃÓËÈÐÎÂÊÀ. ÎÁÐ. ÑÂßÇÈ 10k
+
Ðèñóíîê 4. Ýòà ñõåìà ïîêàçûâàåò, êàê èñïîëüçîâàòü LM386 â êà÷åñòâå ñðåäíåâîëíîâîãî ðåãåíåðàòèâíîãî ïðèåìíèêà.
÷óâñòâèòåëüíîñòü è ñåëåêòèâíîñòü ïðèåìíèêà ïðÿìîãî óñèëåíèÿ. Ðåçóëüòàò ïðåäñòàâëåí íà Ðèñóíêå 4. Åñëè èñêëþ÷èòü öåïü ðåãóëèðîâêè ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè, ñõåìà ïðåâðàòèòñÿ â ãåíåðàòîð Êîëïèòöà.  êà÷åñòâå äâóõ ïàðàëëåëüíûõ êîíòóðó êîíäåíñàòîðîâ, íåîáõîäèìûõ äëÿ ñõåìû Êîëïèòöà, èñïîëüçóåòñÿ âíóòðåííÿÿ åìêîñòü âûâîäà 3 ìèêðîñõåìû LM386 è ïîñëåäîâàòåëüíûé ñ íåé êîíäåíñàòîð 220 ïÔ ìåæäó âûâîäîì 1 è çåìëåé. Êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ çâóêîâîãî ñèãíàëà ìîæíî óâåëè÷èòü, âêëþ÷èâ äðîññåëü ïîñëåäîâàòåëüíî ñ êîíäåíñàòîðîì 10 ìêÔ. Îí ìîæåò èìåòü èíäóêòèâíîñòü îò 1 äî 10 ìÃí. ×åì áîëüøå áóäåò èíäóêòèâíîñòü äðîññåëÿ, òåì áîëüøå áóäåò åãî âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå, ÷òî íåìíîãî óìåíüøèò ìàêñèìàëüíîå óñèëåíèå çâóêà. Åñëè ïðè èñïîëüçîâàíèè íåáîëüøîãî äðîññåëÿ óñèëåíèå îêàçûâàåòñÿ èçáûòî÷íûì, ïîñëåäîâàòåëüíî ñ äðîññåëåì ìîæíî âêëþ÷èòü íåáîëüøîé ðåçèñòîð ñîïðîòèâëåíèåì îò 10 äî 100 Îì. Äðîññåëü â êîìáèíàöèè ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì êîíäåíñàòîðîì øóíòèðóþò âíóòðåííèå ðåçèñòîðû îáðàòíîé ñâÿçè, êîòîðûå îïðåäåëÿþò óñèëåíèå óñèëèòåëÿ íà çâóêîâûõ ÷àñòîòàõ, íî èìåþò âûñîêèé èìïåäàíñ íà ðàäèî÷àñòîòàõ, òàê ÷òî ñõåìà ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà â êà÷åñòâå âûñîêî÷àñòîòíîãî ãåíåðàòîðà Êîëïèòöà (åìêîñòíîé òðåõòî÷êè). Äëÿ óïðàâëåíèÿ êîýôôèöèåíòîì óñèëåíèÿ, èçìåíÿþùåãî ãëóáèíó ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ãåíåðàòîðà è ïîçâîëÿþùåãî
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Ñõåìà êîðîòêîâîëíîâîé âåðñèè ïðèåìíèêà íà îñíîâå LM386 ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 5. Ïðè èñïîëüçîâàíèè 3-äþéìîâîé (75 ìì) ôåððèòîâîé àíòåííû ñ âûñîêèì îòíîøåíèåì èíäóêòèâíîñòè ê åìêîñòè ñõåìà, ïèòàþùàÿñÿ îò èñòî÷íèêà 9 Â, ìîæåò ðàáîòàòü íà ÷àñòîòàõ, ïðåâûøàþùèõ 8 ÌÃö. Êîëåáàòåëüíûé êîíòóð, ñîñòîÿùèé èç 20-âèòêîâîé êàòóøêè, íàìîòàííîé íà 75-ìèëëèìåòîîì ôåððèòîâîì ñòåðæíå, è ïåðåìåííîãî êîíäåíñàòîðà åìêîñòüþ 100 ïÔ, ïîçâîëÿåò èìåòü äèàïàçîí ïåðåñòðîéêè ïðèìåðíî îò 3.5 äî 6.5 ÌÃö. Âåðõíÿÿ ãðàíèöà äèàïàçîíà íàñòðîéêè ìîæåò áûòü óâåëè÷åíà çà ñ÷åò óâëå÷åíèÿ åìêîñòè ïåðåìåííîãî êîíäåíñàòîðà è óäàëåíèÿ íåñêîëüêèõ âèòêîâ êàòóøêè. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìèêðîñõåìû LM386, ïîñòàâëÿåìîé Texas Instruments èëè Samsung, ýòà ñõåìà ìîæåò ïðèíèìàòü ñèãíàëû ëþáèòåëüñêèõ äèàïàçîíîâ 80 è 40 ìåòðîâ íà ÷àñòîòàõ äî 8 ÌÃö. Õàðàêòåðèñòèêè ïðèåìíèêà íà óäèâëåíèå õîðîøè. Åãî îòëè÷íàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü è ñåëåêòèâíîñòü ñðàâíèìû ñ ëó÷øèìè êîììåð÷åñêèìè ïîðòàòèâíûìè êîðîòêîâîëíîâûìè ïðèåìíèêàìè, èñïîëüçóþùèìè âñòðîåííûå øòûðåâûå àíòåííû. Îí áåç âíåøíåé àíòåííû +
100µF
4k7 10k
+9 Â
+
10µF 10µF LM386 7 2 6 3 100 pF
1mH
+
–
1
+
8
5 + 100µF
4 20T
Ðèñóíîê 5. LM386 ìîæíî èñïîëüçîâàòü êàê îñíîâó êîðîòêîâîëíîâîãî ðåãåíåðàòèâíîãî ïðèåìíèêà.
73
1
+
R1 100k +
ÐÅÃ. ÎÑ VR1
C4 100µF
2 +9 Â
+
C2 10µF
10µF
+
R1 100k
ÐÅÃ. ÎÑ VR1
100pF
C1
6 2
–
C3 100µF 7 5 +
3
+
8
1
3
+
R1 100k +
+
100pF
Q1 2N3906
4 LM386
L1 8 ÂÈÒ.
ÐÅÃ. ÎÑ VR1
C1
1
2
–
7
3
+
8
+9 Â
+
ÐÅÃ. ÎÑ VR1
100pF
C1
6 2
–
C3 100µF 7 5 +
3
+
8
1
+
R1 100k +
0.1µF 10pF
Q1 2N3906
ÐÅÃ. ÎÑ VR1
–
7
3
+
8
+
R1 100k
+9 Â
+
ÐÅÃ. ÎÑ VR1
1000pF 10pF
Q1 2N3906
2
–
C3 100µF 7 5 +
3
+
8
1
L1 8 ÂÈÒ.
+9 Â
+
6 2 10pF
Q1 2N3906
3
4 LM386 C1
C4 100µF C2 10µF
10µF
+
6
C3 100µF 5 +
L1 8 ÂÈÒ.
6 C4 100µF C2 10µF
10µF
1
2
4 LM386 C1
5
+9 Â
+
6
4 LM386
L1 8 ÂÈÒ.
C4 100µF C2 10µF
10µF
+
Q1 2N3906
C3 100µF 5 +
4 LM386
L1 8 ÂÈÒ.
+
R1 100k
C2 10µF
10µF
6
4 C4 100µF
+9 Â
C2 10µF
10µF
+
Q1 2N3906
C4 100µF
1
–
7
+
8
C3 100µF 5 +
4 LM386 C1
L1 8 ÂÈÒ.
Ðèñóíîê 6. Êîðîòêîâîëíîâûå ðåãåíåðàòèâíûå ïðèåìíèêè íà îñíîâå LM386, èñïîëüçóþùèå áîëüøîå óñèëåíèå ìèêðîñõåìû è ñïîñîáíîñòü äåòåêòèðîâàíèÿ îãèáàþùåé ðàäèî÷àñòîòíîãî ñèãíàëà.
óâåðåííî ïðèíèìàåò ìíîãèå êîðîòêîâîëíîâûå ñòàíöèè Ñåâåðíîé Àìåðèêè, à òàêæå òåëåãðàôíûå è SSB ñèãíàëû â ðàäèîëþáèòåëüñêèõ äèàïàçîíàõ 80 è 40 ìåòðîâ. Ïðè íåîáõîäèìîñòè ê ïðèåìíèêó ìîæåò áûòü äîáàâëåíà ñëàáîñâÿçàííàÿ (äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ íàãðóçêè ãåíåðàòîðà) âíåøíÿÿ àíòåííà ïóòåì èñïîëü-
74
çîâàíèÿ îäíîãî âèòêà ñâÿçè, íàìîòàííîãî íà ôåððèòîâûé ñòåðæåíü. Äëÿ èçîëÿöèè àíòåííû ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ ðàäèî÷àñòîòíûé áóôåð íà ïîëåâîì èëè áèïîëÿðíîì òðàíçèñòîðå. Êðîìå òîãî, ïîñêîëüêó èñïîëüçóåòñÿ äðîññåëü ñ ôåððèòîâûì ñòåðæíåì, èìååòñÿ âîçìîæíîñòü åãî èíäóêòèâíîé ñâÿçè ñ áîëü-
ÑÕÅÌÛ
øîé ðàìî÷íîé àíòåííîé.  îòëè÷èå îò ïðèåìíèêà ïðÿìîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ, ìîùíûå êîðîòêîâîëíîâûå ñèãíàëû «ìÿãêî çàõâàòûâàþòñÿ», ÷òî îáëåã÷àåò íàñòðîéêó è ñâîäèò ê ìèíèìóìó ëþáîå îòêëîíåíèå ÷àñòîòû, îáóñëîâëåííîå âëèÿíèåì îêðóæàþùåé ñðåäû.
Áîëåå âûñîêèå ÷àñòîòû è áîëüøå âîçìîæíîñòåé Èñïîëüçîâàòü áîëüøîå óñèëåíèå LM386 è åãî ñïîñîáíîñòü âûïîëíÿòü ôóíêöèþ äåòåêòîðà îãèáàþùåé íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ ìîæíî ñ ïîìîùüþ òîãî, ÷òî, ïî ñóòè, ÿâëÿåòñÿ îäíîòðàíçèñòîðíûì óìíîæèòåëåì äîáðîòíîñòè.  ïîñëåäíåé ãðóïïå ñõåì, ïîêàçàííûõ íà Ðèñóíêå 6, ê ñõåìå ãåíåðàòîðà Êîëïèòöà äîáàâëåí îäèí òðàíçèñòîð, êîòîðûé â ñîâîêóïíîñòè ñ âûñîêèì óñèëåíèåì LM386 è ñïîñîáíîñòüþ ê äåòåêòèðîâàíèþ ïðåâðàùàåò ìèêðîñõåìó â âûñîêîêà÷åñòâåííûé ðåãåíåðàòèâíûé ïðèåìíèê.  ñõåìå ñ êàòóøêîé íà ôåððèòîâîì ñòåðæíå îí ñïîñîáåí ãåíåðèðîâàòü íà ÷àñòîòàõ, ïðåâûøàþùèõ 14 ÌÃö, è îáåñïå÷èâàòü ãðîìêèé çâóê ïðè ïðèåìå ìîùíûõ êîììåð÷åñêèõ êîðîòêîâîëíîâûõ ñòàíöèé. Íà ñõåìå ïîêàçàí PNP òðàíçèñòîð îáùåãî íàçíà÷åíèÿ òèïà 2N3906, íî ñ òàêèì æå óñïåõîì â íåé ìîæíî èñïîëüçîâàòü 2N2907 è 2N4403. Íà ñõåìàõ 1, 2 è 3 âõîäû LM386 ïîäêëþ÷åíû íåïîñðåäñòâåííî ê êîíòóðó, à ñàì LM386 èñïîëüçóåòñÿ êàê ðàäèî÷àñòîòíûé äåòåêòîð îãèáàþùåé.  ñõåìå 4 ñ îòíîñèòåëüíî áîëüøîé åìêîñòüþ êîíäåíñàòîðà ñâÿçè LM386 èñïîëüçóåòñÿ îäíîâðåìåííî êàê àóäèîóñèëèòåëü è äåòåêòîð îãèáàþùåé, ãäå îáà ñèãíàëà îêàçûâàþòñÿ íà ýìèòòåðå âõîäíîãî òðàíçèñòîðà.  ñõåìå 5 åìêîñòü âõîäíîãî êîíäåíñàòîðà ñâÿçè ìåíüøå, à LM386 ðàáîòàåò äåòåêòîðîì îãèáàþùåé, êîòîðûé òîëüêî äåòåêòèðóåò ðàäèî÷àñòîòíûé ñèãíàë, ïîñòóïàþùèé ñ ýìèòòåðà âõîäíîãî òðàíçèñòîðà. Ñõåìà 6 ðàáîòàåò êàê äåòåêòîð îãèáàþùåé è íå èìååò âõîäíîãî êîíäåíñàòîðà ñâÿçè; îáà äèôôåðåíöèàëüíûõ âõîäà LM386 ñîåäèíåíû ñ ýìèòòåðîì. Ýòî çàùèùàåò LM386 îò íàñûùåíèÿ âõîäíûì ïîñòîÿííûì íàïðÿæåíèåì (ïîðÿäêà 0.6 Â) ñ ýìèòòåðà òðàíçèñòîðà. Ïðè èñïîëüçîâàíèè êîíòóðà ñ êàòóøêîé èç 8 âèòêîâ ïðîâîäà, íàìîòàííîãî íà 3-
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
äþéìîâûé ôåððèòîâûé ñòåðæåíü, è ñòàíäàðòíîãî êîíäåíñàòîðà ïåðåìåííîé åìêîñòè äëÿ ñðåäíåâîëíîâîãî äèàïàçîíà ñõåìà 6 îáåñïå÷èâàåò èíòåðâàë ïåðåñòðîéêè ïðèáëèçèòåëüíî îò 3.5 äî 10.5 ÌÃö, è òàêèì îáðàçîì, ïîêðûâàåò îáà ëþáèòåëüñêèõ äèàïàçîíà 80 è 40 ìåòðîâ. Ïðè ðåãóëèðîâêå ãëóáèíû ïîëîæèòåëüíîé îáðàòíîé ñâÿçè ïðîèñõîäèò íåáîëüøîé ñäâèã ÷àñòîòû, ÷òî âåñüìà ïîëåçíî ïðè ïðèåìå ñèãíàëîâ SSB, ïîñêîëüêó óïðàâëåíèå îáðàòíîé ñâÿçüþ ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ òîíêîé íàñòðîéêè.
Çàìå÷àíèÿ ïî êîíñòðóêöèè Õîòÿ ýòè ñõåìû áûëè ñîáðàíû è óñïåøíî èñïûòàíû íà áåñïàå÷íîé ìàêåòíîé ïëàòå, ó÷èòûâàÿ èõ áîëüøîå óñèëåíèå, ëó÷øå âñåãî áûëî áû èçãîòîâèòü ïëàòû ñ äîáðîòíûì ñëîåì çåìëè, èñïîëüçóÿ ëèáî íàêëåèâàíèå ôîëüãè íà òåêñòîëèò, ëèáî íåïîñðåäñòâåííîå ñîåäèíåíèå ïðîâîäàìè êîìïîíåíòîâ, ïåðåâåðíóòûõ âûâîäàìè ââåðõ. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî â ýòèõ ñõåìàõ âàæíî èñêëþ÷èòü âîçìîæíîñòü óòå÷êè ïî Â× ñ âûõîäà (âûâîä 5) îáðàòíî â èíäóêòèâíîñòü íà ôåððèòîâîì ñòåðæíå. Åñëè èñïîëüçóåìàÿ ôèçè÷åñêàÿ òîïîëîãèÿ ñõåìû ñîçäàåò ïðîáëåìó âîþùåãî çâóêà, áûëî áû öåëåñîîáðàçíî ïîñëåäîâàòåëüíî ñ íàóøíèêàìè äîáàâèòü äðîññåëü èíäóêòèâíîñòüþ îò 1 äî 10 ìÃí. Ïðèåìíèê õîðîøî ðàáîòàåò ñî ñòàíäàðòíûìè 32-îìíûìè ñòåðåî íàóøíèêàìè. Èõ ìîæíî âêëþ÷èòü ïàðàëëåëüíî, ÷òîáû óâåëè÷èòü ãðîìêîñòü, ñíèçèâ ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè äî 16 Îì, èëè ïîñëåäîâàòåëüíî, ÷òîáû óâåëè÷èòü ñîïðîòèâëåíèå äî 64 Îì. Ýòî ïîçâîëÿþò ñäåëàòü ñòàíäàðòíûå ñòåðåîôîíè÷åñêèå íàóøíèêè ñîïðîòèâëåíèåì 32 Îì ïðè èñïîëüçîâàíèåì âûõîäíîãî ñòåðåî ðàçúåìà áåç ïîäêëþ÷åíèÿ çåìëÿíîãî ïðîâîäà. Ïóðèñòû, âåðîÿòíî, çàõîòÿò äîáàâèòü ñòàáèëèçàòîð íàïðÿæåíèÿ è òî÷íóþ âàðàêòîðíóþ ïîäñòðîéêó, ÷òîáû ïîâûñèòü óäîáñòâî èñïîëüçîâàíèÿ ñõåìû, íî ÿ ïðèøåë ê âûâîäó, ÷òî äàæå â ïðîñòåéøåé ôîðìå äëÿ íåðåãóëÿðíîãî ïðîñëóøèâàíèÿ õàðàêòåðèñòèê ýòîé ñõåìû áîëåå ÷åì äîñòàòî÷íî. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments LM386
75
Ïàññèâíîå è àêòèâíîå îãðàíè÷åíèå òîêà â ñõåìå äíåâíîé ëàìïû ñ ñîëíå÷íûì ïèòàíèåì Vijay Deshpande EDN
ÄÄíåâíûå
ñâåòèëüíèêè ñ ïèòàíèåì îò ñîëíå÷íûõ áàòàðåé – ýòî ïðîñòûå è íåäîðîãèå óñòðîéñòâà, ïîçâîëÿþùåå ïåðåíîñèòü «äíåâíîé ñâåò» â òåìíûå âíóòðåííèå ïîìåùåíèÿ â òî âðåìÿ, êîãäà ñâåòèò ñîëíöå.  ýòîé ñòàòüå ïðèâîäÿòñÿ ïîëíûå èíñòðóêöèè ïî ïðîåêòèðîâàíèþ ëàìï ñ èñïîëüçîâàíèåì ïàññèâíûõ è àêòèâíûõ öåïåé îãðàíè÷åíèÿ òîêà.  íåé òàêæå ïîêàçàíî, êàê èñïîëüçîâàíèå ïðîñòîé àêòèâíîé ñõåìû îãðàíè÷åíèÿ òîêà ìîæåò ñóùåñòâåííî óëó÷øèòü ÊÏÄ è ãèáêîñòü ñõåìû, à òàêæå óâåëè÷èòü ñðîê ñëóæáû ñâåòîäèîäîâ. Êàê ñëåäóåò èç íàçâàíèÿ, ñîëíå÷íàÿ äíåâíàÿ ëàìïà îáåñïå÷èâàåò ñâåò òîëüêî â äíåâíîå âðåìÿ. Ïîñêîëüêó â íåé íåò íàêîïèòåëÿ ýíåðãèè, îíà î÷åíü ïðîñòà â èçãîòîâëåíèè, ýêîíîìè÷íà, äîëãîâå÷íà è ïðàêòè÷åñêè íå òðåáóåò îáñëóæèâàíèÿ. Õîòÿ íà ïåðâûé âçãëÿä êîíöåïöèÿ ìîæåò ïîêàçàòüñÿ ñòðàííîé, òàêèå ëàìïû èìåþò áîëüøèå ïåðñïåêòèâû â êà÷åñòâå íåäîðîãîãî ðåøåíèÿ äëÿ îñâåùåíèÿ òåìíûõ âíóòðåííèõ ïîìåùåíèé. Âñå êîíñòðóêöèè ëàìï, êîòîðûå ìû ðàññìîòðèì â ýòîé ñòàòüå, ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ àâòîíîìíîé ðàáîòû, ÷òîáû äàâàòü áåñïëàòíûé ñâåò îò âîñõîäà äî çàêàòà. Ïîñêîëüêó áàòàðåè â äíåâíîé ëàìïå íåò, íèêàêàÿ ìîùíîñòü åå ñîëíå÷íîé ïàíåëè íå
76
ðàñõîäóåòñÿ íà ïîòåðè â öèêëàõ çàðÿäêè è ðàçðÿäêè, ÷òî ïîçâîëÿåò âñþ ãåíåðèðóåìóþ ñîëíå÷íîé ïàíåëüþ ýíåðãèþ ïðåâðàùàòü â ñâåò. Äîïîëíèòåëüíîå óâåëè÷åíèå ýôôåêòèâíîñòè ìîæåò áûòü äîñòèãíóòî çàìåíîé ïðîñòîé ðåçèñòèâíîé ñõåìû îãðàíè÷åíèÿ òîêà ëàìïû íà íåìíîãî áîëåå ñëîæíóþ ñõåìó àêòèâíîãî îãðàíè÷åíèÿ, ÷òî ìû óâèäèì âî âòîðîé ïîëîâèíå ýòîé ñòàòüè. ×òîáû óâèäåòü, äàåò ëè àêòèâíîå îãðàíè÷åíèå òîêà êàêèåëèáî ñóùåñòâåííûå ïðåèìóùåñòâà, ìû ñðàâíèì õàðàêòåðèñòèêè è ýôôåêòèâíîñòü äâóõ ðàçëè÷íûõ êîíñòðóêöèé ñîëíå÷íûõ äíåâíûõ ëàìï ïðè ðàçëè÷íûõ óðîâíÿõ ñîëíå÷íîãî îñâåùåíèÿ. Ñâåòîäèîäû ñîëíå÷íîé äíåâíîé ëàìïû äîëæíû áûòü çàùèùåíû îò ïåðåãðóçêè ïî òîêó, êîòîðàÿ ìîæåò íàðóøèòü ñòðóêòóðó èõ ïåðåõîäîâ, ÷òî ïðèâåäåò ê ñíèæåíèþ ñâåòîâîãî âûõîäà èëè äàæå ê ïîëíîìó îòêàçó. Ïðîùå âñåãî ìîæíî îãðàíè÷èòü òîê, âêëþ÷èâ ñîïðîòèâëåíèå ïîñëåäîâàòåëüíî ñî ñâåòîäèîäíîé öåïî÷êîé. Òèïè÷íàÿ 12-âîëüòîâàÿ 10âàòòíàÿ ôîòîãàëüâàíè÷åñêàÿ ïàíåëü èìååò ñëåäóþùèå õàðàêòåðèñòèêè: 1. Íàïðÿæåíèå â òî÷êå ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè VMP = 17.4 Â. 2. Òîê â òî÷êå ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè IMP = = 0.58 À.
ÑÕÅÌÛ
Ýòè çíà÷åíèÿ ñîîòâåòñòâóþò ñòàíäàðòíûì óñëîâèÿì èñïûòàíèé ïðè èíòåíñèâíîñòè 2 ñîëíå÷íîãî èçëó÷åíèÿ 1000 Âò/ì . Åñëè óðîâåíü îñâåùåíèÿ óìåíüøàåòñÿ, óìåíüøàåòñÿ è íàïðÿæåíèå VMP.  äàëüíåéøèõ ðàñ÷åòàõ ìû áóäåì èñïîëüçîâàòü çíà÷åíèÿ VMP è IMP, ïðèâåäåííûå â òåõíè÷åñêèõ îïèñàíèÿõ.
Ðåçèñòèâíûé îãðàíè÷èòåëü òîêà Ñâåòîäèîäíóþ ëàìïó ëåãêî êóïèòü â ìàãàçèíå. Òèïè÷íàÿ ëàìïà ñîñòîèò èç ìàòðèöû áåëûõ ñâåòîäèîäîâ, óñòàíîâëåííûõ íà ìåòàëëè÷åñêóþ ïå÷àòíóþ ïëàòó. Îáû÷íî òàì èñïîëüçóþòñÿ ñâåòîäèîäû ñ íîìèíàëüíîé ìîùíîñòüþ 1 Âò (äâà ïîëóâàòòíûõ ñâåòîäèîäà â ïàðàëëåëü). Òèïîâîå ïðÿìîå íàïðÿæåíèå VF ýòèõ ñâåòîäèîäîâ ðàâíî ïðèìåðíî 3 Â. Äëÿ íàøåãî ïðèëîæåíèÿ ìû ïîëó÷àåì ñëåäóþùåå: ×èñëî ñâåòîäèîäîâ ðàâíî
VMP 17.4 = = 5 .8 . VF 3 Îêðóãëåíèå âíèç äàåò íàì ÷èñëî ñâåòîäèîäîâ, êîòîðîå ìîæíî èñïîëüçîâàòü â ïîñëåäîâàòåëüíîé öåïî÷êå, ðàâíîå 5. Îñòàòî÷íîå íàïðÿæåíèå ðàâíî
VRES = VMP - 5 VF = 17.4 - 15 = 2.4 Â.
+ VPV VMP = 17.4  IMP = 0.58 À Ñîëíå÷íàÿ áàòàðåÿ 10 Âò
– Âîçâð.
Ìàêñèìàëüíûé òîê ñâåòîäèîäíîé öåïî÷êè ðàâåí
PLED 1 = = 0.33 A , VF 3 ãäå PLED – ìîùíîñòü ñâåòîäèîäà. ×òîáû îáåñïå÷èòü íàèáîëüøèé ñðîê ñëóæáû ñâåòîäèîäîâ, çíà÷åíèÿ èõ ðàáî÷èõ òîêîâ äîëæíû áûòü ìåíüøå ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìûõ. Êðîìå òîãî, îãðàíè÷åíèå ÿðêîñòè îòäåëüíûõ ñâåòîäèîäîâ íå äàñò èì ðàçäðàæàòü íàøè ãëàçà. Ïîýòîìó ìû îãðàíè÷èì òîê ñâåòîäèîäîâ íà óðîâíå ïðèìåðíî 200 ìÀ.
Âûáîð ðåçèñòîðà Ïîñêîëüêó äëÿ ïîäêëþ÷åíèÿ äíåâíîé ëàìïû âíóòðè ïîìåùåíèÿ ê ðàñïîëîæåííîé íà êðûøå ñîëíå÷íîé áàòàðåå òðåáóåòñÿ äëèííûå ïðîâîäà, èõ ñîïðîòèâëåíèå äîëæíî ó÷èòûâàòüñÿ â íàøåì ïðîåêòå. Äëÿ ýòîãî óïðàæíåíèÿ ìû âûáðàëè 10 ìåòðîâ âûñîêîêà÷åñòâåííîãî ïðîâîäà, îáùèì ñîïðîòèâëåíèåì ïîðÿäêà 0.8 Îì. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà îãðàíè÷èòåëüíîì ðåçèñòîðå ðàâíî
VR = VRES - VDR = 2.4 - 0.8 × 0.58 = 1.93 Â, ãäå VDR – ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ïðîâîäàõ.
L1
L6
L11
L2
L7
L12
L3
L8
L13
L4
L9
L14
L5
L10
L15
R1 10E 2 Âò
R2 10E 2 Âò
R3 10E 2 Âò
Öåïî÷êà A Öåïî÷êà B Öåïî÷êà C Ðèñóíîê 1. Ñõåìà 10-âàòòíîé ñîëíå÷íîé äíåâíîé ëàìïû ñ ðåçèñòèâíûì îãðàíè÷åíèåì òîêà.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
77
Ñîïðîòèâëåíèå òîêîîãðàíè÷èòåëüíîãî ðåçèñòîðà ðàâíî
VR 1.93 = = 10 Îì , ILED 0.193 ãäå ILED – òîê ñâåòîäèîäà. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà äíåâíîé ëàìïû ñ òîêîîãðàíè÷èòåëüíûìè ðåçèñòîðàìè ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíû òðè ñâåòîäèîäíûå öåïî÷êè A, B è C, êàæäàÿ èç êîòîðûõ ñîäåðæèò ïî 5 ñâåòîäèîäîâ (L1-L5, L6-L10, L11-L15) è 10-îìíûé òîêîîãðàíè÷èòåëüíûé ðåçèñòîð. Òðè ïå÷àòíûõ ïëàòû ñî ñâåòîäèîäàìè çàêðåïëåíû íà àëþìèíèåâîì ïðîôèëå, êîòîðûé âûïîëíÿåò ôóíêöèè ìåõàíè÷åñêîãî îñíîâàíèÿ è òåïëîîòâîäà (Ðèñóíîê 2). Äëÿ óëó÷øåíèÿ òåïëîïåðåäà÷è ïåðåä ìîíòàæîì íà ïå÷àòíûå ïëàòû áûë íàíåñåí òîíêèé ñëîé òåðìîïàñòû.
îñòàëüíûõ ñâåòîäèîäîâ. Ïîäîáíîå óñëîâèå ìîæåò âîçíèêíóòü âî âðåìÿ òåñòèðîâàíèÿ, åñëè íå âñå òðè ñâåòîäèîäíûå öåïî÷êè ïîäêëþ÷åíû ê ïàíåëè. Èìåÿ ýòî â âèäó, íå òåñòèðóéòå îäèíî÷íóþ ñâåòîäèîäíóþ öåïî÷êó. Åùå ñ îäíîé ïðîáëåìîé ìû ñòàëêèâàåìñÿ òîãäà, êîãäà èñïîëüçóåì áîëåå ìîùíóþ ôîòîãàëüâàíè÷åñêóþ ïàíåëü äëÿ óïðàâëåíèÿ íåñêîëüêèìè ëàìïàìè.  òàêîé êîíôèãóðàöèè ìû íå ìîæåì èñïîëüçîâàòü ïåðåêëþ÷àòåëè äëÿ âûêëþ÷åíèÿ îòäåëüíûõ ëàìï, òàê êàê ðåçóëüòèðóþùèé ðîñò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ïîâðåäèò îñòàëüíûå ëàìïû. ßñíî, ÷òî äëÿ áîëüøèíñòâà ïðèëîæåíèé æåëàòåëåí äðóãîé ïîäõîä. Ôîòîãðàôèÿ ãîòîâîé ñîëíå÷íîé äíåâíîé ëàìïû ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 3.
Ðèñóíîê 2. Íà ôîòîãðàôèè ïîêàçàíû âåðõíÿÿ è íèæíÿÿ ñòîðîíû ñîëíå÷íîé äíåâíîé ëàìïû ñ òðåìÿ ìàòðèöàìè ñâåòîäèîäîâ.
Íåäîñòàòêè ðåçèñòèâíîãî îãðàíè÷èòåëÿ òîêà  óñëîâèÿõ, êîãäà óðîâåíü îñâåùåíèÿ ôîòîãàëüâàíè÷åñêîé ïàíåëè ïðåâûøàåò ñòàíäàðòíûé, åå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàíîâèòñÿ áîëüøå ðàññ÷èòàííîãî íàìè çíà÷åíèÿ äëÿ VMP, èç-çà ÷åãî òîê ñâåòîäèîäîâ ëàìïû ILED ïîäíèìàåòñÿ âûøå ìàêñèìàëüíîé ðàñ÷åòíîé âåëè÷èíû. Ðåçóëüòàòîì ïåðåãðóçêè ïî òîêó ìîãóò áûòü ñíèæåíèå ÿðêîñòè ñâåòîäèîäîâ, ñîêðàùåíèå ñðîêà ñëóæáû èëè è òî è äðóãîå. Äðóãàÿ ïðîáëåìà âîçíèêàåò òîãäà, êîãäà èç-çà ïåðåãðóçêè ïî òîêó ïðîèñõîäèò îòêàç îäíîé èç ñâåòîäèîäíûõ öåïî÷åê.  ýòîì ñëó÷àå ñíèæåíèå íàãðóçêè ñîëíå÷íîé ïàíåëè ïðèâîäèò ê åùå áîëüøåìó óâåëè÷åíèþ åå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ è ïîâðåæäåíèþ
78
Ðèñóíîê 3. Ãîòîâàÿ ê èñïîëüçîâàíèþ 10âàòòíàÿ ñîëíå÷íàÿ äíåâíàÿ ëàìïà.
Êîíñòðóêöèÿ ¹2. Àêòèâíûé îãðàíè÷èòåëü òîêà Ðåçèñòîðû â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 ìîæíî çàìåíèòü àêòèâíûìè öåïÿìè îãðàíè÷åíèÿ òîêà.  äàííîé êîíñòðóêöèè ìû èñïîëüçóåì äâå 12-âîëüòîâûå ñîëíå÷íûå ïàíåëè, ïîñëåäîâàòåëüíîå ñîåäèíåíèå êîòîðûõ ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü áîëåå äëèííûìè öåïî÷êàìè ñâåòîäèîäîâ, ÷òîáû ïîëó÷àòü áîëüøå ñâåòà. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî åñëè òàêîé âàðèàíò îêàæåòñÿ áîëåå âûãîäíûì, âìåñòî äâóõ 12âîëüòîâûõ ôîòîãàëüâàíè÷åñêèõ ïàíåëåé
ÑÕÅÌÛ
+ VPV
Ñîëíå÷íàÿ áàòàðåÿ 10 Âò R1 15k
L1
L12
L23
L2
L13
L24
L10
R3 15k
L11 Ñîëíå÷íàÿ áàòàðåÿ 10 Âò
L21 L22
Q1 TIP31C Q2 BC546
– Âîçâð.
L32
R5 15k
L33
Q3 TIP31C
Q4 BC546 R2 3.3E 2 Âò
Öåïî÷êà A
Q5 TIP31C
Q6 BC546 R4 3.3E 2 Âò
Öåïî÷êà B
R6 3.3E 2 Âò
Öåïî÷êà C
Ðèñóíîê 4. Ñõåìà 20-âàòòíîé ñîëíå÷íîé äíåâíîé ëàìïû ñ àêòèâíûì îãðàíè÷åíèåì òîêà.
ìîæíî èñïîëüçîâàòü îäíó 24-âîëüòîâóþ ïàíåëü. Ðàñ÷åòû ïàðàìåòðîâ ýòîé ñõåìû ïîêàçûâàþò ñëåäóþùåå: ×èñëî ñâåòîäèîäîâ â öåïî÷êå ðàâíî
2VMP 34.8 = = 11 .6 . VF 3 Îêðóãëåíèå â ìåíüøóþ ñòîðîíó äàåò 11 ñâåòîäèîäîâ. ×èñëî ñâåòîäèîäíûõ öåïî÷åê ðàâíî
IMP 0.58 = = 2 .9 ILED 0 .2 (îêðóãëÿåì äî 3). Òîê êàæäîé öåïî÷êè
ILED =
 öåïü ýìèòòåðà âêëþ÷åí òîêîèçìåðèòåëüíûé ðåçèñòîð R2. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà R2 óïðàâëÿåò òðàíçèñòîðîì Q2. Êîãäà îíî äîñòèãàåò 0.6 Â, òðàíçèñòîð îòêðûâàåòñÿ. Ýòî óìåíüøàåò íàïðÿæåíèå áàçû Q1, è òîê îãðàíè÷èâàåòñÿ äî óðîâíÿ
VBE 0.6 = = 0.181 A. R 2 3 .3 Íà Ðèñóíêå 5 ïîêàçàíà êîíñòðóêöèÿ 20âàòòíîé äíåâíîé ëàìïû. ×òîáû ïîëó÷èòü 11 ñâåòîäèîäîâ â êàæäîé öåïî÷êå, ìû èñïîëüçóåì äâå ïå÷àòíûå ïëàòû, âêëþ÷åííûå ïîñëåäîâàòåëüíî. Íà ïåðâîé ïå÷àòíîé ïëàòå óñòàíîâëåíî 5 ñâåòîäèîäîâ ñ ñóììàðíîé íîìèíàëüíîé ìîùíîñòüþ 5 Âò. Íà âòîðîé ïëàòå ñìîíòèðîâàíà öåïî÷êà èç 7 ñâåòîäèîäîâ ñ ñóììàðíîé íîìèíàëüíîé ìîùíîñòüþ 7 Âò.
0.58 = 0.193 A. 3
Êàê âèäíî èç Ðèñóíêà 4, ñõåìà îãðàíè÷åíèÿ òîêà ñîñòîèò èç ìîùíîãî òðàíçèñòîðà Q1 (TIP31C). Ñâåòîäèîäíàÿ Öåïî÷êà A ïîäêëþ÷åíà ê êîëëåêòîðó òðàíçèñòîðà Q1. Òîê ñìåùåíèÿ Q1 ïîñòóïàåò ÷åðåç ðåçèñòîð R1.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Ðèñóíîê 5. Ìàòðèöà ñâåòîäèîäîâ äëÿ 20âàòòíîé äíåâíîé ëàìïû.
Ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì ñîåäèíåíèè äâóõ ïëàò ÷èñëî ñâåòîäèîäîâ â öåïî÷êå ñòàíîâèòñÿ
79
ëèáî ïðîáëåì. Ýòî òàêæå ïîçâîëÿåò, èñïîëüçóÿ áîëåå ìîùíûå 20-âàòòíûå ôîòîãàëüâàíè÷åñêèå ïàíåëè, ïèòàòü íåñêîëüêî ñâåòîäèîäíûõ ëàìï, êîòîðûå ìîæíî îòäåëüíî âêëþ÷àòü èëè âûêëþ÷àòü ïî ìåðå íåîáõîäèìîñòè. Íåñìîòðÿ íà èçìåíÿþùóþñÿ íàãðóçêó, ñõåìà îãðàíè÷åíèÿ òîêà ãàðàíòèðóåò, ÷òî òîêè ñâåòîäèîäîâ êàæäîé ïàíåëè íå ïðåâûñÿò óñòàíîâëåííîãî äëÿ íèõ çíà÷åíèÿ.
Êîíñòðóêöèè áîëüøåé ìîùíîñòè Ðèñóíîê 6. Îäèí èç ñâåòîäèîäîâ áûë íàìåðåííî çàêîðî÷åí, ÷òîáû ñîêðàòèòü ÷èñëî ñâåòîäèîäîâ â öåïî÷êå äî 11.
ðàâíûì 12, ïîýòîìó îäèí ñâåòîäèîä íàäî çàêîðîòèòü. Ôîòîãðàôèÿ íà Ðèñóíêå 6 ïîêàçûâàåò, êàêèì îáðàçîì ýòî ìîæíî ñäåëàòü, ÷òîáû óìåíüøèòü äëèíó öåïî÷êè äî 11 ñâåòîäèîäîâ.
Ðèñóíîê 7. Êðóïíûé ïëàí ïëàòû, íà êîòîðîé âèäíû òðè ñõåìû îãðàíè÷åíèÿ òîêà.
 îòëè÷èå îò ïðåäûäóùåé êîíñòðóêöèè ñ îäíîé ïàíåëüþ è ðåçèñòèâíûì îãðàíè÷åíèåì òîêà, äâóõïàíåëüíàÿ ñèñòåìà ñ àêòèâíûì îãðàíè÷åíèåì ñïîñîáíà óïðàâëÿòü îäíèì äîïîëíèòåëüíûì ñâåòîäèîäîì íà êàæäóþ öåïî÷êó è, ñîîòâåòñòâåííî, ïðîèçâîäèòü áîëüøå ñâåòà. Ñëåäóþùèå ðàñ÷åòû ïîêàçûâàþò, êàêîå ïðåèìóùåñòâî ýòî ìîæåò äàòü áîëåå êðóïíûì ñèñòåìàì îñâåùåíèÿ. Äëÿ òðåõ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïàíåëåé, âêëþ÷åííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî, ÷èñëî ñâåòîäèîäîâ ðàâíî
3 VMP 52.2 = = 17.4 . VF 3 Îêðóãëÿÿ äî ìåíüøåãî öåëîãî çíà÷åíèÿ, ïîëó÷àåì, ÷òî ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî ñâåòîäèîäîâ â ïîñëåäîâàòåëüíîé öåïî÷êå ðàâíî 17 (äâà äîïîëíèòåëüíûõ ñâåòîäèîäà). Äëÿ ÷åòûðåõ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïàíåëåé, âêëþ÷åííûõ ïîñëåäîâàòåëüíî, ÷èñëî ñâåòîäèîäîâ ðàâíî
Ðèñóíîê 8. 20-âàòòíàÿ ñîëíå÷íàÿ äíåâíàÿ ëàìïà ñ àêòèâíûì îãðàíè÷åíèåì òîêà, ãîòîâàÿ ê èñïîëüçîâàíèþ.
Ïðåèìóùåñòâà àêòèâíîãî îãðàíè÷åíèÿ òîêà Àêòèâíîå îãðàíè÷åíèå òîêà ïîääåðæèâàåò òîê ñâåòîäèîäîâ íà ïîñòîÿííîì áåçîïàñíîì óðîâíå â òå÷åíèå òåõ ïåðèîäîâ, êîãäà óðîâåíü ñîëíå÷íîé îñâåùåííîñòè ïðåâîñõîäèò ñðåäíèé, è ïàíåëè ãåíåðèðóþò íàïðÿæåíèÿ, ïðåâûøàþùèå VMP. Êðîìå òîãî, äàæå ïðè âûõîäå èç ñòðîÿ îäíîé ñâåòîäèîäíîé öåïî÷êè, îñòàëüíûå ïðîäîëæàò ðàáîòàòü áåç êàêèõ-
80
4 VMP 69.6 = = 23.2 . VF 3 Îêðóãëÿÿ â ìåíüøóþ ñòîðîíó, íàõîäèì, ÷òî ìàêñèìàëüíîå ÷èñëî ñâåòîäèîäîâ â ïîñëåäîâàòåëüíîé öåïî÷êå ðàâíî 23 (òðè äîïîëíèòåëüíûõ ñâåòîäèîäà). Äåòàëè êîíñòðóêöèè öåïî÷êè èç 23 ñâåòîäèîäîâ: ! Êîëè÷åñòâî 10-âàòòíûõ ôîòîãàëüâàíè÷åñêèõ ïàíåëåé: 4; ! ×èñëî öåïî÷åê ïî 23 ñâåòîäèîäà â êàæäîé: 3; ! VMP = 69.6 Â; ! Îñòàòî÷íîå íàïðÿæåíèå:
VRES = 69.6 - 23 × 3 = 0.6 Â;
ÑÕÅÌÛ
! Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå
VR = VRES - VDR = 0.6 - 0.3 × 0.58 = 0.426 Â; ! Ñîïðîòèâëåíèå òîêîîãðàíè÷èòåëüíîãî ðåçèñòîðà:
R2 =
VDR 0.426 = = 2.2 Îì. ILED 0.193
Ïðèìå÷àíèå: â ýòîé êîíñòðóêöèè ìû äîëæíû èñïîëüçîâàòü áîëåå òîëñòûå ïðîâîäà, ÷òîáû óìåíüøèòü ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà íèõ. Òàêèì îáðàçîì, ìû âèäèì, ÷òî ñ êàæäîé äîïîëíèòåëüíîé ôîòîãàëüâàíè÷åñêîé ïàíåëüþ, ïîñëåäîâàòåëüíî ïîäêëþ÷åííîé ê ñèñòåìå, ìîæíî óâåëè÷èâàòü äëèíó ñâåòîäèîäíîé öåïî÷êè.
÷åííûå äàííûå èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïîñòðîåíèÿ ãðàôèêà çàâèñèìîñòè VMP îò ìîùíîñòè. Ïðè òåñòèðîâàíèè äíåâíîé ëàìïû çàïèñûâàþòñÿ åå òîê è íàïðÿæåíèå ôîòîãàëüâàíè÷åñêîé ïàíåëè äëÿ ðÿäà ðàçëè÷íûõ óñëîâèé ñîëíå÷íîãî îñâåùåíèÿ. Èñïûòàíèÿ ïðîâîäèëèñü íà ïåðå÷èñëåííûõ íèæå âåðñèÿõ ëàìï, è ðåçóëüòàòû ñðàâíèâàëèñü ñî ñòàíäàðòíîé êðèâîé MPP. Íà Ðèñóíêå 9 ïîêàçàíû ðåçóëüòàòû èçìåðåíèé äëÿ ñõåìû ñ îäíîé ôîòîãàëüâàíè÷åñêîé ïàíåëüþ, 5 ñâåòîäèîäàìè â êàæäîé öåïî÷êå è ðåçèñòèâíûì îãðàíè÷èòåëåì òîêà. Ðèñóíîê 10 ñîîòâåòñòâóåò âàðèàíòó ñ äâóìÿ ïàíåëÿìè, 11 ñâåòîäèîäàìè â êàæäîé öåïî÷êå è àêòèâíûì îãðàíè÷èòåëåì òîêà. Ðèñóíîê 11 ïðåäñòàâëÿåò ðåçóëüòàòû òåñòèðîâà11 ñâåòîäèîäîâ ñ àêòèâíûì îãðàíè÷èòåëåì
Îöåíêà õàðàêòåðèñòèê
5 ñâåòîäèîäîâ ñ ðåçèñòîðîì Ëàìïà
Ëàìïà
16 12 8 4 0 25
30 Íàïðÿæåíèå ñîëíå÷íîé áàòàðåè (Â)
35
Ðèñóíîê 10. Ñðàâíåíèå âûõîäíîé ìîùíîñòè ëàìïû ñ 11 ñâåòîäèîäàìè â êàæäîé öåïî÷êå ñ êðèâîé MPP.
MPP
10
12 ñâåòîäèîäîâ ñ àêòèâíûì îãðàíè÷èòåëåì Ëàìïà
8
MPP
20 6 16 Ìîùíîñòü (Âò)
Ìîùíîñòü (Âò)
MPP
20
Ìîùíîñòü (Âò)
Êðèòåðèåì îöåíêè õàðàêòåðèñòèê ñîëíå÷íîé äíåâíîé ëàìïû ÿâëÿåòñÿ òî, íàñêîëüêî õîðîøî îíà îòñëåæèâàåò êðèâóþ ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè (MPP) ôîòîãàëüâàíè÷åñêîé ïàíåëè ïðè ðàçëè÷íûõ óðîâíÿõ ñîëíå÷íîãî îñâåùåíèÿ. Êàæäàÿ ïàíåëü èìååò ñâîþ êðèâóþ MPP. Êðèâàÿ ñíèìàåòñÿ ñ ïîìîùüþ ïîäêëþ÷åííîé ê ïàíåëè ïåðåìåííîé ðåçèñòèâíîé íàãðóçêè. Ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè ðåãóëèðóåòñÿ òàê, ÷òîáû ïîëó÷èòü ïàðàìåòðû MPP (VMP è IMP) äëÿ äàííîé èíòåíñèâíîñòè ñîëíå÷íîãî îñâåùåíèÿ. Ýòîò ïðîöåññ ïîâòîðÿåòñÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ óñëîâèé îñâåùåííîñòè, è ïîëó-
4 2 0 14
15 16 17 Íàïðÿæåíèå ñîëíå÷íîé áàòàðåè (Â)
18
12 8 4 0 25
Ðèñóíîê 9. Ýòè ãðàôèêè ïîçâîëÿþò ñðàâíèòü çàâèñèìîñòè âûõîäíîé ìîùíîñòè ëàìïû ñ 5 ñâåòîäèîäàìè è ïîëîæåíèÿ òî÷êè ìàêñèìàëüíîé ìîùíîñòè (MPP) îò íàïðÿæåíèÿ ñîëíå÷íîé áàòàðåè.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
27.5 30 32.5 Íàïðÿæåíèå ñîëíå÷íîé áàòàðåè (Â)
35
Ðèñóíîê 11. Ñðàâíåíèå âûõîäíîé ìîùíîñòè ëàìïû ñ 12 ñâåòîäèîäàìè â êàæäîé öåïî÷êå ñ êðèâîé MPP.
81
23 ñâåòîäèîäà ñ ðåçèñòîðîì Ëàìïà
MPP
40 35 Ìîùíîñòü (Âò)
30 25 20 15 10 5 0 58
60
62
64
66
68
70
Íàïðÿæåíèå ñîëíå÷íîé áàòàðåè (Â)
Ðèñóíîê 12. Ñðàâíåíèå âûõîäíîé ìîùíîñòè ëàìïû ñ 23 ñâåòîäèîäàìè â êàæäîé öåïî÷êå ñ êðèâîé MPP.
íèÿ ñõåìû ñ äâóìÿ ôîòîãàëüâàíè÷åñêèìè ïàíåëÿìè, 12 ñâåòîäèîäàìè â êàæäîé öåïî÷êå è àêòèâíûì îãðàíè÷èòåëåì òîêà. È, íàêîíåö, íà Ðèñóíêå 12 èçîáðàæåíû õàðàêòåðèñòèêè ñèñòåìû ñ ÷åòûðüìÿ ôîòîãàëüâàíè÷åñêèìè ïàíåëÿìè, 23 ñâåòîäèîäàìè â êàæäîé öåïî÷êå è ðåçèñòèâíûì îãðàíè÷èòåëåì òîêà.  çàêëþ÷åíèå îòìåòèì, ÷òî ëàìïà, èñïîëüçóþùàÿ ñõåìó ðåçèñòèâíîãî îãðàíè÷èòåëÿ òîêà, õîðîøî îòñëåæèâàåò êðèâóþ MPP ïðè íèçêèõ óðîâíÿõ ìîùíîñòè. Ïðè áîëüøèõ óðîâíÿõ ìîùíîñòè ëàìïà îòäàåò çíà÷èòåëüíî ìåíüøåå êîëè÷åñòâî ñâåòà. Ñîëíå÷íàÿ äíåâíàÿ ëàìïà ñ àêòèâíûì îãðàíè÷èòåëåì òîêà õîðîøî îòñëåæèâàåò êðèâóþ MPP, îáåñïå÷è-
âàÿ ìàêñèìàëüíîå êîëè÷åñòâî ñâåòà ïðè ëþáîé äàííîé ìîùíîñòè íà âõîäå. Êàê âèäíî èç Ðèñóíêà 10, â ýòîé êîíôèãóðàöèè îïòèìàëüíîå êîëè÷åñòâî ñâåòîäèîäîâ â öåïî÷êå ðàâíî 11. Ðèñóíîê 11 ïîäòâåðæäàåò, ÷òî êðèâàÿ âûõîäíîé ìîùíîñòè äëÿ ìàòðèöû ñ öåïî÷êàìè ïî 12 ñâåòîäèîäîâ ïðîõîäèò çíà÷èòåëüíî íèæå. Õîðîøî âèäíî, ÷òî â íåêîòîðûõ îáëàñòÿõ ïðèâåäåííûõ ãðàôèêîâ âûõîäíàÿ ìîùíîñòü äàæå âûøå, ÷åì êðèâàÿ MPP. Ýòî ìîæåò ïðîèçîéòè âñëåäñòâèå îäíîãî èëè îáîèõ èç ñëåäóþùèõ îáñòîÿòåëüñòâ: 1. Çíà÷åíèÿ VMP è IMP óêàçàíû íåòî÷íî. Ïðîèçâîäèòåëè îãîâàðèâàþò èõ òèïîâîå îòêëîíåíèå ïîðÿäêà 5%. 2. Êðèâàÿ MPP ñíèìàåòñÿ ïðè ðåçèñòèâíîé íàãðóçêå. Íàïðîòèâ, ñâåòîäèîäû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé íåëèíåéíûå íàãðóçêè, à ñ íåëèíåéíûìè íàãðóçêàìè ñîëíå÷íàÿ ïàíåëü ìîæåò ðàáîòàòü ïî-äðóãîìó. Ïðè÷èíà, ïî êîòîðîé ñâåòîäèîäíûå íàãðóçêè òàê õîðîøî îòñëåæèâàþò ìîùíîñòü, ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïðÿìîå íàïðÿæåíèå VF ñâåòîäèîäà çàâèñèò îò òîêà. Ïðè ñíèæåíèè òîêà ñâåòîäèîäà ñëåãêà óìåíüøàåòñÿ è VF. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò êðèâîé MPP, ÷òî åñòåñòâåííûì îáðàçîì îáåñïå÷èâàåò îòñëåæèâàíèå. Ñîëíå÷íûå äíåâíûå ëàìïû îòëè÷àþòñÿ ïðîñòîòîé, äåøåâèçíîé è áîëüøèì ñðîêîì ñëóæáû, ÷òî äåëàåò èõ èäåàëüíûìè äëÿ ìíîãèõ æèëûõ, êîììåð÷åñêèõ è ïðîìûøëåííûõ ïðèëîæåíèé. Îíè òàêæå ìîãóò ñäåëàòü ñâåò äîñòóïíûì äëÿ ñåìåé ñ íèçêèì äîõîäîì è ñåëüñêèõ îáùèí, íå èìåþùèõ íàäåæíîãî ýëåêòðè÷åñòâà. Åùå áîëüøå óïðîñòèòü êîíñòðóêöèþ è ñíèçèòü åå ñòîèìîñòü ìîæåò èñïîëüçîâàíèå ñïåöèàëüíûõ ìèêðîñõåì, ïîçâîëÿþùèõ ñäåëàòü ïðîñòîé àêòèâíûé îãðàíè÷èòåëü òîêà. ÐË
Ññûëêè 1. Simple Solar Day Lamp which lasts for 15 years, Instructables 2. High Power Solar Day Lamp, Instructables 3. Add-on LEDs for Solar Day Lamp, Instructables 4. Solar Day Lamp also Powers FM receiver, Electronic Design
Ðèñóíîê 13. Ôîòîãðàôèÿ êîíñòðóêöèè ñ 4 ôîòîãàëüâàíè÷åñêèì ïàíåëÿìè è òðåìÿ öåïî÷êàìè ïî 23 ñâåòîäèîäà â êàæäîé.
82
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor BC546 2. Datasheet STMicroelectronics TIP31C
ÑÕÅÌÛ
Àêòèâíûé ìàëîøóìÿùèé àíòèàëàéçèíãîâûé ôèëüòð äëÿ 24-áèòíîãî ÀÖÏ Guy Hoover, Analog Devices Electronic Design ÀÖÏ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïðèáëèæåíèé âûñîêîãî ðàçðåøåíèÿ ÷àñòî íóæäàþòñÿ â àíòèàëàéçèíãîâûõ ôèëüòðàõ âûñîêîãî ïîðÿäêà, ïîäîáíûõ ôèëüòðó òðåòüåãî ïîðÿäêà, ìàëîøóìÿùàÿ è ìàëîïîòðåáëÿþùàÿ âåðñèÿ êîòîðîãî ïðåäñòàâëåíà â ýòîé ñòàòüå.
Âî ìíîãèõ ïðèëîæåíèÿõ àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ âïîëíå àäåêâàòíóþ àíòèàëàéçèíãîâóþ ôèëüòðàöèþ ìîæåò îáåñïå÷èòü ïðîñòîé ðåçèñòèâíî-åìêîñòíîé (RC) ôèëüòð, âêëþ÷åííûé íà âõîäå áóôåðà. Îäíàêî äëÿ ïðèëîæåíèé ñ âûñîêèì ðàçðåøåíèåì è 8V VREF
U3 2
8V C14 0.1 µF
C4 4.7 nF
R2 499
8V
R1 1k
U2 1
R5 499
VCM C1 6.8 nF
R4 499
C8 4.7 nF
C10 0.1 µF
3
– +
4 R9 499
4 2.5 V 2.5 V
C2 2.2 nF
R3 499
VOUT_F 7 LTC6655-5 1 6 SHDN GND VOUT_S IN
4
2 V CM LTC6363 8 + – S 7 5 C15 C9 0.1 µF 6,9 0.1 µF R8 1k –3.6 V
C6 33 nF R6 60.4 R7 60.4
R10 499
5
C16 0.1 µF
– 1
LT6202 3
+
R11 1 VCM
U4 2
C17 0.1 µF
–3.6 V C12 C11 C13 0.1 µF 47 µF 10 µF 2 15 7 REF CHAIN 1 VDD OVDD 12 4 RDL/SDI IN+ 14 SDO U1 13 SCK C5 LTC2380-24 11 33 nF BUSY 9 IN– CNV 5 8 REF/DGC VREF GND C7 3,6,10,16 33 nF
C3 2.2 nF
Ðèñóíîê 1. 30-êèëîãåðöîâûé àêòèâíûé ôèëüòð òðåòüåãî ïîðÿäêà íà îñíîâå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ U2 èìååò äîñòàòî÷íóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ, ìàëîå âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ, íèçêèå øóìû è íèçêîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ, íåîáõîäèìûå äëÿ óïðàâëåíèÿ 24-áèòíûì ÀÖÏ.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
83
íèçêèì óðîâíåì øóìîâ, òðåáóþùèõ ôèëüòðàöèè áîëåå âûñîêîãî ïîðÿäêà, ÷àñòî íóæíû àêòèâíûå ôèëüòðû. ×òîáû ôèëüòð íå èñêàæàë ñèãíàë äî òîãî, êàê îí äîñòèãíåò ÀÖÏ, åãî àêòèâíûå êîìïîíåíòû äîëæíû èìåòü äîñòàòî÷íóþ ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ, ìàëîå âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ, íèçêèé óðîâåíü øóìîâ è íèçêîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ.  ýòîé ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ äèôôåðåíöèàëüíûé îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü, îïòèìèçèðîâàííûé äëÿ óïðàâëåíèÿ ìàëîìîùíûìè ÀÖÏ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïðèáëèæåíèé, õîòÿ îí áóäåò õîðîøî ðàáîòàòü è ñ äðóãèìè ïðåîáðàçîâàòåëÿìè (Ðèñóíîê 1). Ñõåìà 30-êèëîãåðöîâîãî ôèëüòðà òðåòüåãî ïîðÿäêà ñäåëàíà íà îñíîâå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ U2 (LTC6363), èìåþùåãî ïðîèçâåäåíèå êîýôôèöèåíòà óñèëåíèÿ íà ïîëîñó ïðîïóñêàíèÿ 500 ÌÃö, âðåìÿ óñòàíîâëåíèÿ äî òî÷íîñòè 4 ppm íå áîëåå 780 íñ, ïðèâåäåííîå êî âõîäó íàïðÿæåíèå øóìîâ 2.9 íÂ/ÖÃö è ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ 100 ìêÂ. Óñèëèòåëü U2 îïòèìèçèðîâàí äëÿ óïðàâëåíèÿ ìèêðîñõåìîé U1 (LTC2380-24) – ìàëîïîòðåáëÿþùèì ÀÖÏ ïîñëåäîâàòåëüíûõ ïðèáëèæåíèé ñ ÷àñòîòîé âûáîðêè 1.5/2 Ìâûá/c è èíòåãðèðîâàííûì öèôðîâûì ôèëüòðîì, êîòîðûé â ðåàëüíîì âðåìåíè ìîæåò óñðåäíÿòü îò 1 äî 65,536 ðåçóëüòàòîâ ïðåîáðàçîâàíèÿ, ïîâûøàÿ, òàêèì îáðàçîì, îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì. Âõîäû ýòîé ñõåìû óïðàâëÿþòñÿ äèôôåðåíöèàëüíûì ñèãíàëîì ñ ðàçìàõîì äî ±2.5  ïèê-ïèê, ïîäàâàåìûì ÷åðåç ðåçèñòîðû R3 è
0 Êîìáèíèðîâàííûé îòêëèê ôèëüòðà è ÀÖÏ
–10 –20 –30 –40 N=1 N=8
–50 –60 –70 1
10 Âõîäíàÿ ÷àñòîòà (êÃö)
100
Ðèñóíîê 2. Îáùàÿ ÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ôèëüòðà è ÀÖÏ îñòàåòñÿ ïëîñêîé äî âõîäíûõ ÷àñòîò 10 êÃö.
84
Ðèñóíîê 3. Ñíèìîê ýêðàíà PScope ïîêàçûâàåò êëþ÷åâûå ïàðàìåòðû ñõåìû – ÁÏÔ, îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì è THD – ïðè N = 1.
R5. (Èëè ìîæíî çàçåìëèòü îäèí âõîä, à íà äðóãîé ïîäàâàòü ñèãíàë ðàçìàõîì äî ±5 Â). Âûõîä óëüòðàìàëîøóìÿùåãî óñèëèòåëÿ U4 (LT6202) ïîäêëþ÷åí ê âõîäó ñèíôàçíîãî íàïðÿæåíèÿ (âûâîä 2) óñèëèòåëÿ U2, ÷òîáû óñòàíîâèòü íà åãî âûõîäå îïîðíûé óðîâåíü ñèíôàçíîãî íàïðÿæåíèÿ.  ñõåìå RC-ôèëüòðà ìåæäó U2 è U1 ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü âûñîêîêà÷åñòâåííûå êîíäåíñàòîðû è ðåçèñòîðû (C5, C6, C7, R6 è R7), ïîñêîëüêó ýòè êîìïîíåíòû ìîãóò áûòü èñòî÷íèêàìè èñêàæåíèé. Îòëè÷íóþ ëèíåéíîñòü èìåþò êîíäåíñàòîðû ñ äèýëåêòðèêîì NP0 è ñëþäÿíûå êîíäåíñàòîðû ñ ñåðåáðÿíûìè îáêëàäêàìè, à ìåòàëëîïëåíî÷íûå ðåçèñòîðû ïîâåðõíîñòíîãî ìîíòàæà ãîðàçäî ìåíüøå, ÷åì óãëåðîäíûå SMD ðåçèñòîðû, èñêàæàþò ñèãíàë ïðè ñàìîðàçîãðåâå èëè âîçìîæíîì ïîâðåæäåíèè âî âðåìÿ ïàéêè. Íà Ðèñóíêå 2 ïîêàçàíà îáùàÿ ÷àñòîòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ôèëüòðà è ÀÖÏ ïðè ÷àñòîòå âûáîðêè 1.5 Ìâûá/ñ è êîëè÷åñòâå óñðåäíåíèé N, èìåþùåì çíà÷åíèÿ 1 è 8. Ñíèìîê ýêðàíà PScope íà Ðèñóíêå 3 õàðàêòåðèçóåò áûñòðîå ïðåîáðàçîâàíèå Ôóðüå (ÁÏÔ), îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì è îáùèå ãàðìîíè÷åñêèå èñêàæåíèÿ (THD) ñõåìû ïðè N = 1. (PScope – îñíîâàííàÿ íà USB ñèñòåìà äåìîíñòðàöèè ïðîäóêòîâ è âûáîðêè äàííûõ, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ ñ ñåìåéñòâàìè âûñîêîóðîâíåâûõ ÀÖÏ è âõîäíûõ ìèêðîñõåì öåïåé îáðàáîòêè ñèãíàëîâ êîìïàíèè Linear Technology).
ÑÕÅÌÛ
0
120
–20
115
THD (äÁ)
Ñèãíàë/øóì (dBFS)
N=1 N=8
–40 –60 –80 –100 –120 –140
110 105 100 95 N=1 N=8
90 85
1
10 Âõîäíàÿ ÷àñòîòà (êÃö)
100
Ðèñóíîê 4. Äåòàëè çàâèñèìîñòè THD îò âõîäíîé ÷àñòîòû ïîêàçûâàþò, ÷òî THD âñåãäà îñòàåòñÿ íèæå –60 äÁ, äàæå ïðè ÷àñòîòå 100 êÃö, êàê äëÿ N = 1, òàê è äëÿ N = 8.
Íà Ðèñóíêàõ 4 è 5 ïðåäñòàâëåíû, ñîîòâåòñòâåííî, ÷àñòîòíûå çàâèñèìîñòè THD è îòíîøåíèÿ ñèãíàë/øóì ïðè N, ðàâíîì 1 è 8. Ïðè âõîäíûõ ÷àñòîòàõ íèæå íåñêîëüêèõ êèëîãåðö õàðàêòåðèñòèêè øóìîâ è THD áëèçêè ê òèïîâûì çíà÷åíèÿì, ïðèâîäèìûì â òåõíè÷åñêîì îïèñàíèè, à ïðè óâåëè÷åíèè ÷àñòîòû è âûõî-
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
80 1
10 Âõîäíàÿ ÷àñòîòà (êÃö)
100
Ðèñóíîê 5. Îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì çà ïðåäåëàìè âõîäíîé ÷àñòîòû 100 êÃö ñîñòàâëÿåò 100 äÁ è áîëåå. (Îïÿòü æå, äëÿ N = 1 è N = 8).
äå çà ïðåäåëû ýòîãî äèàïàçîíà THD ïîñòåïåííî óõóäøàåòñÿ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT6202 2. Datasheet Analog Devices LTC2380-24 3. Datasheet Analog Devices LTC6363 4. Datasheet Analog Devices LTC6655
85
Ñâåðõìàëîøóìÿùèé 48-âîëüòîâûé èñòî÷íèê ôàíòîìíîãî ïèòàíèÿ ìèêðîôîíà Thomas Mosteller, Christopher Jarboe Analog Dialogue
Âîïðîñ: Ìîãó ëè ÿ ñäåëàòü êîìïàêòíûé, ñâåðõìàëîøóìÿùèé èñòî÷íèê ôàíòîìíîãî ïèòàíèÿ 48 Â, èìåÿ âõîäíîå íàïðÿæåíèå 5 Â, 12  èëè 24 Â?
Îòâåò: Ìîæåòå, èñïîëüçóÿ ïðîñòîé ïîâûøàþùèé ïðåîáðàçîâàòåëü, ñõåìó ôèëüòðà äëÿ ñíèæåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîìåõ (ÝÌÏ) è íåáîëüøóþ õèòðîñòü, ÷òîáû êîíñòðóêöèÿ áûëà êîìïàêòíîé. Ïðîôåññèîíàëüíûì êîíäåíñàòîðíûì ìèêðîôîíàì òðåáóåòñÿ íàïðÿæåíèå 48  äëÿ çàðÿäêè âíóòðåííåãî åìêîñòíîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ è ïèòàíèÿ âíóòðåííåãî áóôåðà åãî âûñîêîèìïåäàíñíîãî âûõîäà. Òîê ýòîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ î÷åíü ìàë, îáû÷íî îí
86
ñîñòàâëÿåò åäèíèöû ìèëëèàìïåð, íî èñòî÷íèê äîëæåí èìåòü î÷åíü íèçêèå øóìû, òàê êàê óðîâíè âûõîäíûõ ñèãíàëîâ ìèêðîôîíà äîâîëüíî ñëàáû, à êîýôôèöèåíò ïîäàâëåíèÿ ïóëüñàöèé ïèòàíèÿ ó âûõîäíîãî áóôåðà íå î÷åíü âûñîê. Êðîìå òîãî, ôàíòîìíîå ïèòàíèå íå äîëæíî ñîçäàâàòü ïîìåõ äëÿ ñõåì íèæíåãî óðîâíÿ, ÷òî âñåãäà ÿâëÿåòñÿ ïðîáëåìîé äëÿ ìèêðîñõåì â ìèíèàòþðíûõ êîðïóñàõ. Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ ñ î÷åíü õîðîøèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ìîæåò áûòü ïîñòðîåí ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîâûøàþùåãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ LT8362, ñîäåðæàùåãî êîììóòàòîð 60 Â/2 À è ñïîñîáíîãî ðàáîòàòü íà ÷àñòîòàõ äî 2 ÌÃö, êîòîðûé âûïóñêàåòñÿ â ìèíèàòþðíîì êîðïóñå ðàçìåðîì âñåãî 3 ìì × 3 ìì. Ïðåäñòàâëåííûé çäåñü èñòî÷íèê ïèòàíèÿ îñíîâàí íà ñòàíäàðòíîé äåìîíñòðàöèîííîé ïëàòå DC2628A äëÿ ìèêðîñõåìû LT8362, ñõåìà êîòîðîé ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 1. Âõîäíîé ôèëüòð ïîäàâëåíèÿ ÝÌÏ íà äåìîíñòðàöèîííîé ïëàòå õîðîøî ñïðàâëÿåòñÿ ñ âûñîêî÷àñòîòíûìè ïîìåõàìè, ÷åìó äîïîëíèòåëüíî ñïîñîáñòâóåò ñèëîâîé äðîññåëü, âêëþ÷åííûé ïîñëåäîâàòåëüíî ñ âõîäîì. Îäíàêî íà âûõîäå ñèòóàöèÿ íå òàê õîðîøà. Âûõîäíîé ôèëüòð ÝÌÏ ýôôåêòèâíî ïîäàâëÿåò øóìû â ìåãàãåðöîâîì äèàïàçîíå, íî ìàëî âëèÿåò íà øóì â äèàïàçîíå çâóêîâûõ ÷àñòîò. Ýòîò øóì â îñíîâíîì âîçíèêàåò èç-çà 30-êðàòíîãî óñèëåíèÿ øóìà îïîðíîãî èñòî÷íèêà LT8362 â êîíòóðå îáðàòíîé ñâÿçè.
ÑÕÅÌÛ
Âõîäíîé ôèëüòð ÝÌÏ
VIN 10…36 Â
GND
E1
E2
Âûõîäíîé ôèëüòð ÝÌÏ
L1 6.8 µH 74437324068
L2 0.47 µH 74479876147 C3 10 µF 50 V 1206
C2 + 33 µF 50 V 50CE33PCS
C1 4.7 µF 50 V 1206
R1 W 1 MW
D1 DFLS260-7 2 1 C11 0.1 µF 100 V 0402
C10 1 µF 50 V
10
SYNC
E4
1 3 5 7 INTVCC 9
JP1
2 4 6 8 10
R5 W 100 kW
U1 LT8362-DD
9 SYNC BURST BURST/SSFM PULSE SKIPPING PULSE SKIPPING/ /SSFM C6 0.22 µF
GND
8
FBX
SYNC
7
SS
RT
VOUT 48 Â
TP1
1
4
R4 W 1 MW
R2 0
C5 4.7 pF
6 INTVCC
INTVCC VC
R8 W 20 kW 1% 2 MHz
E7 C14 0.1 µF 100 V 0402
C13 0.1 µF 100 V 0402
SW BIAS
R3 W 255 kW
C4 10 µF 50 V 1210
GND
2 EN/UVLO
C12 0.1 µF 100 V 0402
E6
VIN 1 UVLO
E3
FB 1 74279204 0
VOUT
3 5 R7 W 22 kW 1%
C8 OPT
GND 11
C7 1 µF
R6 W 34.0 kW
C9 1000 pF
E5
Ðèñóíîê 1. Ñõåìà äåìîíñòðàöèîííîé ïëàòû DC2628, èñïîëüçóåìîé äëÿ ñîçäàíèÿ èñòî÷íèêà ôàíòîìíîãî ïèòàíèÿ.
Îäíèì èç ïîäõîäîâ ê óñòðàíåíèþ ýòîãî øóìà ÿâëÿåòñÿ äîáàâëåíèå êîíäåíñàòîðà íà âûõîäå. Ïðè äîñòàòî÷íîé åãî åìêîñòè ýòî ñðàáîòàëî áû, íî ïðè 48  íà âûõîäå íàèìåíüøåå ïðàêòè÷åñêîå ðàáî÷åå íàïðÿæåíèå êîíäåíñàòîðà ñîñòàâëÿåò 63 Â, à ýòî îçíà÷àåò, ÷òî îí áóäåò áîëüøèì è äîðîãèì.
Âòîðîé ïîäõîä çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òîáû óìåíüøèòü âûõîäíîå íàïðÿæåíèå LT8362 íà âîëüò èëè äâà, äîáàâèâ íà âûõîä LDO ðåãóëÿòîð. Äëÿ ýòîãî ïîòðåáóåòñÿ âûñîêîâîëüòíûé ðåãóëÿòîð, êîòîðûé îáû÷íî ñòîèò äîðîæå, ÷åì åãî íèçêîâîëüòíûå àíàëîãè. Êðîìå òîãî, íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ïðè áîëåå íèçêèõ âûõîä-
Âõîäíîé ôèëüòð ÝÌÏ
GND
E1
E2
2 C3 10 µF 50 V 1206
C2 + 33 µF 50 V 50CE33PCS
C1 4.7 µF 50 V 1206
R1 W 1 MW
E3
1
C10 1 µF 50 V
E4
1 SYNC 3 5 7 INTVCC 9
JP1
2 4 6 8 10
R5 W 100 kW
SYNC BURST BURST/SSFM PULSE SKIPPING PULSE SKIPPING/ /SSFM C6 0.22 µF
GND
FBX
SYNC
7
SS
RT
VOUT 48.7 Â
SBCP56-16T1G 2
500 W
1
4
1 R4 W 1 MW
R2 0
+
1 µF 50 V 0805
VOUTF 48 Â/ 5.6 nF 100 ìÀ+ 50 V 0402 GND
100 µF 63 V ýëåêòðîëèòè÷åñêèé àëþìèíèåâûé
C5 4.7 pF
6 INTVCC
INTVCC VC
R8 W 20 kW 1% 2 MHz
TP1
SW
U1 LT8362-DD
8
C4 10 µF 50 V 1210 E6
10
BIAS
9
E7 C12 0.1 µF 100 V 0402
GND
VIN UVLO
R3 W 255 kW
VOUT
1 C11 0.1 µF 100 V 0402
2 EN/UVLO
D1 DFLS260-7
1N4148
VIN 10…36 Â
L1 6.8 µH 74437324068
L2 0.47 µH 74479876147
GND 11
3 5
C8 OPT
R7 W 22 kW 1%
C7 1 µF
R6 W 34.0 kW
C9 1000 pF
E5
Ðèñóíîê 2. Òà æå ñõåìà, ÷òî è íà Ðèñóíêå 1, íî ñ óìíîæèòåëåì åìêîñòè íà âûõîäå (âûäåëåí ñåðûì ôîíîì), ïîäàâëÿþùèì øóìû çâóêîâîãî äèàïàçîíà ÷àñòîò, ñîçäàâàåìûå èìïóëüñíûì ðåãóëÿòîðîì.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
87
íûõ íàïðÿæåíèÿõ LDO ðåãóëÿòîðû ìîãóò èìåòü íèçêèå øóìû, îíè òîæå ÿâëÿþòñÿ óñòðîéñòâàìè, â êîòîðûõ èñïîëüçóþòñÿ èñòî÷íèêè îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ, øóìû êîòîðûõ áóäóò óìíîæàòüñÿ òî÷íî òàê æå, êàê óìíîæàþòñÿ øóìû LT8362. Òðåòèé ïîäõîä îñíîâàí íà òîì ôàêòå, ÷òî ÷óâñòâèòåëüíîñòü âûõîäíîãî óñèëèòåëÿ ìèêðîôîíà íå ñèëüíî çàâèñèò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ, ïîýòîìó ôàíòîìíîå ïèòàíèå íå òðåáóåò èäåàëüíîé ñòàáèëèçàöèè. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ýôôåêòèâíîñòü äåéñòâèÿ âûõîäíûõ êîíäåíñàòîðîâ ìîæíî ïîâûñèòü, âêëþ÷èâ ïîñëåäîâàòåëüíî ñ íèìè ðåçèñòîð, îäíàêî ýòî ëèøü íåíàìíîãî óìåíüøàåò ðàçìåðû âûñîêîâîëüòíûõ êîíäåíñàòîðîâ. Ëó÷øå âñåãî ñäåëàòü òàê, ÷òîáû åìêîñòè âûõîäíûõ êîíäåíñàòîðîâ êàçàëèñü áóëüøèìè, ÷åì îíè åñòü íà ñàìîì äåëå. Ýòîãî ìîæíî äîñòè÷ü ñ ïîìîùüþ ñòàðîé ìåòîäèêè, íàçûâàåìîé óìíîæåíèåì åìêîñòè. Ýòó ïðîñòóþ ñõåìó ìîæíî óâèäåòü â ñåðîé çàòåíåííîé îáëàñòè íà Ðèñóíêå 2. Çäåñü êîíäåíñàòîð 100 ìêÔ êîíòðîëèðóåò ïóëüñàöèè áàçîâîãî òîêà, ïîýòîìó åãî âëèÿ-
(à)
(á) Ðèñóíîê 3. Äî è ïîñëå ôèëüòðà. Øóìîâàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïîâûøàþùåãî ðåãóëÿòîðà, èçìåðåííàÿ íà êîíäåíñàòîðå C4 (äî ôèëüòðà), ñîñòàâëÿåò ïîðÿäêà 0.2% (à). Ïîñëå ôèëüòðà óðîâåíü øóìà óëó÷øàåòñÿ äî 0.002% (á).
88
Ðèñóíîê 4. Ëàáîðàòîðíûé ìàêåò èñòî÷íèêà ÷èñòîãî ôàíòîìíîãî ïèòàíèÿ, â êîòîðîì èñïîëüçóåòñÿ äåìîíñòðàöèîííàÿ ïëàòà DC2628.
íèå íà òîê êîëëåêòîðà óñèëèâàåòñÿ â b ðàç (b – êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà n-p-n òðàíçèñòîðà). Ýôôåêò âïå÷àòëÿþùèé. Íà Ðèñóíêå 3à ïîêàçàíà îñöèëëîãðàììà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ LT8362 íà êîíäåíñàòîðå C4 (äî ôèëüòðà) ïðè ñîïðîòèâëåíèè íàãðóçêè 1 êÎì (50 ìÀ). Ïèêîâîå íàïðÿæåíèå øóìîâ ñîñòàâëÿåò ïðèìåðíî 80 ìÂ, ÷òî ñîîòâåòñòâóåò øóìîâîé ñîñòàâëÿþùåé âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïîðÿäêà 0.2%. Õîòÿ äëÿ íåêðèòè÷åñêèõ ïðèëîæåíèé ýòîãî ìîæåò áûòü äîñòàòî÷íî, ïîñëå ôèëüòðà, êàê âèäíî èç îñöèëëîãðàììû íà Ðèñóíêå 3á, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå ñòàíîâèòñÿ ñóùåñòâåííî ÷èùå, òàê êàê øóìû ïàäàþò ïðèáëèçèòåëüíî äî 1 ì ïèê-ïèê. Òåïåðü øóìîâàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ñîñòàâëÿåò îêîëî 0.002% èëè 20 ppm, ÷òî äîñòàòî÷íî äàæå äëÿ ñàìûõ òðåáîâàòåëüíûõ ïðèëîæåíèé. Íà Ðèñóíêå 4 ïîêàçàí ëàáîðàòîðíûé ìàêåò èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ. Âûáîð òðàíçèñòîðà SBCP56-16T1G áûë îáóñëîâëåí âûñîêèì êîëëåêòîðíûì íàïðÿæåíèåì (80 Â) è áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì ïåðåäà÷è òîêà b ïðè ìàëûõ òîêàõ. Áîëüøîå çíà÷åíèå b òðàíçèñòîðà â óìíîæèòåëå åìêîñòè îáåñïå÷èâàåò âûñîêóþ êàæóùóþñÿ åìêîñòü è îòíîñèòåëüíî íåèçìåííîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ ïðè èçìåíåíèÿõ âûõîäíîãî òîêà. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå 47.8  ïðè íàãðóçêå 2 êÎì
ÑÕÅÌÛ
ïàäàåò äî 47.5  ïðè óâåëè÷åíèè íàãðóçêè äî 500 Îì, ÷òî äëÿ ìèêðîôîííûõ ïðèëîæåíèé âïîëíå äîïóñòèìî. Íå çàìåíÿéòå ýòîò òðàíçèñòîð äðóãèì, íå ïðîâåðèâ åãî øóìû è õàðàêòåðèñòèêó êîýôôèöèåíòà ïåðåäà÷è òîêà. Ñõåìà èñïûòûâàëàñü ïðè âõîäíîì íàïðÿæåíèè 16 Â, íî â äèàïàçîíå îò 12  äî 24  åå õàðàêòåðèñòèêè áóäóò ïðàêòè÷åñêè òàêèìè æå.  íåêîòîðûõ ïðèëîæåíèÿõ ìîæåò ïîíàäîáèòüñÿ ïîâûøàòü íàïðÿæåíèå 5 Â, äëÿ ÷åãî áóäåò íåîáõîäèìî ñíèçèòü ÷àñòîòó ïåðåêëþ÷åíèÿ LT8362 ñ 2 ÌÃö äî 1 ÌÃö, ÷òîáû ìèíèìàëüíîå âðåìÿ âûêëþ÷åííîãî ñîñòîÿíèÿ îñòàëîñü ðàâíûì 75 íñ. Òîãäà äëÿ ñîõðàíåíèÿ ýêâèâàëåíòíûõ õàðàêòåðèñòèê ìîæåò òàêæå
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
ïîòðåáîâàòüñÿ óâåëè÷åíèå èíäóêòèâíîñòè L1 äî 10…15 ìêÃí è óäâîåíèå åìêîñòè âûõîäíîãî ñãëàæèâàþùåãî êîíäåíñàòîðà C4. ÐË
Ññûëêè 1. Nelson, Carl. Application Note 19: LT1070 Design Manual. Analog Devices, Inc., June 1986. 2. Williams, Jim. Application Note 101: Minimizing Switching Regulator Residue in Linear Regulator Outputs. Analog Devices, Inc., July 2005.
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices LT8362 2. Datasheet ON Semiconductor SBCP56-16T1G 3. Datasheet Diodes DFLS260-7
89
Îïòîèçîëÿòîð óïðîùàåò êîíòðîëü ñåòåâîãî íàïðÿæåíèÿ Alfredo del Rio è Ana Cao y Paz EDN
È
Èñïîëüçîâàíèå ëèíåéíîé îïòîïàðû è èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ íà îñíîâå ãàñÿùåãî êîíäåíñàòîðà ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ïðîñòóþ, íî òî÷íóþ ñèñòåìó êîíòðîëÿ ñåòè ïåðåìåííîãî òîêà. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïðåîáðàçóåò íàïðÿæåíèå ñåòè 110  â âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, èçìåíÿþùååñÿ â ïðåäåëàõ îò 0 äî 5  îòíîñèòåëüíî ñðåäíåãî óðîâíÿ 2.5 Â. Ñõåìà èçîëèðóåò âûõîäíîé ñèãíàë îò ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè. Âûõîä ñõåìû ìîæíî ïîäêëþ÷àòü íàïðÿìóþ ê
IC5 3.3 Â
IC4 5Â 100
470 pF 1 êÂ
+ –
R2 330k
VIN 110 Â AC
470k
330 µF
VR1 3
R1 240k
2
+
8
–
1k
1
IC1 4
IF
1 2
IC2
8
3 2
IP1 1k
6
4
5
ÍÅÈÇÎËÈÐÎÂÀÍÍÛÉ ÁËÎÊ
47 µF
VR2
500k
7
3
33 µF
350k
2.4k 100 pF
IC7 3.3 Â
IC6 5Â
7…10 Â DC 47 µF
47 µF
9.1 Â
100 µF
âõîäó àíàëîãî-öèôðîâîãî ïðåîáðàçîâàòåëÿ. Äëÿ äðóãèõ ñåòåâûõ íàïðÿæåíèé äîñòàòî÷íî ïðîñòî èçìåíèòü ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R1. Äëÿ ñåòè 220  ýòî ñîïðîòèâëåíèå äîëæíî ñîñòàâëÿòü 470 êÎì. Âõîäíîé êàñêàä íå èçîëèðîâàí îò ñåòè è â êà÷åñòâå îïîðíîãî óðîâíÿ çåìëè èñïîëüçóåò íóëåâîé ïðîâîä. Ýòîò áëîê ïîëó÷àåò ïèòàíèå îò èñòî÷íèêà ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ 5  è èñòî÷íèêà ñìåùåíèÿ 3.3 Â, ïåðâûé èç êîòîðûõ ïîäêëþ÷åí ê ñåòè ÷åðåç
+
8 1
IC3 –
VOUT
4
IP2
ÈÇÎËÈÐÎÂÀÍÍÛÉ ÁËÎÊ
ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: IC1 È IC3 = TLC2272. IC2 = IL300. IC4 È IC6 = TC55 RP 500201. IC5 È IC7 = TC55 RP 330291.
Ðèñóíîê 1. Èçîëèðîâàííàÿ îïòðîíîì ñõåìà ïîçâîëÿåò èçìåðÿòü ïåðåìåííîå íàïðÿæåíèå ñåòè.
90
ÑÕÅÌÛ
I
ÀÖÏ
V
ÀÖÏ
ÑÈÑÒÅÌÀ ÎÁÐÀÁÎÒÊÈ ÄÀÍÍÛÕ
110 Â AC
ÂÛÕÎÄ
Ðèñóíîê 2. Äîáàâëåíèå ê ñõåìå äâóõ ÀÖÏ è ìèêðîêîíòðîëëåðà äàñò âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ ïàðàìåòðîâ òîêà è íàïðÿæåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè.
ãàñÿùèé êîíäåíñàòîð è îäíîïîëóïåðèîäíûé âûïðÿìèòåëü. Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü è TLC2272 (IC1) è ëèíåéíûé îïòîèçîëÿòîð IL300 (IC2) îáðàçóþò óñèëèòåëü ñ îáðàòíîé ñâÿçüþ, â êîòîðîì òîê IP1 ïðîïîðöèîíàëåí âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ VIN. Ðåçèñòîð R2 äîáàâëÿåò ê òîêó ïîñòîÿííîå ñìåùåíèå, ïîçâîëÿþùåå èçìåðÿòü íàïðÿæåíèå VIN ëþáîé ïîëÿðíîñòè. Ñîãëàñîâàííîñòü ïàðàìåòðîâ äâóõ ôîòîäèîäîâ ìèêðîñõåìû IL300 (IC2), ãàðàíòèðóåò, ÷òî çàâèñèìîñòü òîêà IP2 îò IP1 áóäåò áëèçêà ê ëèíåéíîé. Âûõîäíîé êàñêàä ïðåîáðàçóåò òîê IP2 â íàïðÿæåíèå, èçîëèðîâàííîå îò ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè. Ïåðåìåííûé ðåçèñòîð VR2 ðåãóëèðóåò îáùèé êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ, à ñ ïîìîùüþ VR1 ïîäñòðàèâàåòñÿ ñìåùåíèå âûõîäíîãî íàïðÿæåíèå, íîìèíàëüíîå çíà÷åíèå êîòîðîãî ðàâíÿåòñÿ 2.5 Â. Âîñïîëüçîâàâøèñü ìîäåëüþ ìèêðîñõåìû IC2, ïðèâåäåííîé â ðàçäåëå çàãðóçîê, ìîæíî ïðîâåðèòü ðàáîòó ñõåìû â ñèìóëÿòîðå. Òèïîâûå çíà÷åíèÿ îïòè÷åñêèõ êîýôôèöèåíòîâ ïåðåäà÷è òîêà K1 è K2 ñîñòàâëÿþò ïðèìåðíî 0.007. Îáùèé îïòè÷åñêèé êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è âû÷èñëÿåòñÿ êàê K3 = K2/K1. Ïîñëå ìîäåëèðîâàíèÿ ìîæíî ñîáðàòü è ïðîòåñòèðîâàòü ïðîòîòèï. Èñòî÷íèê ïèòàíèÿ èçîëèðîâàííîãî áëîêà èç íàïðÿæåíèÿ 7…10  âûðàáàòûâàåò 5  è îïîðíîå íàïðÿæåíèå 3.3 Â. Ñòàáèëèçèðîâàííîå íàïðÿæåíèå 5  íå ïîíàäîáèòñÿ, åñëè ýòî íàïðÿæåíèå óæå èìååòñÿ â ñèñòåìå. Âàæíîé ôóíêöèåé ýòîé êîíñòðóêöèè ÿâëÿåòñÿ ïîëó÷åíèå ñòàáèëüíîãî ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ íà åå âûõîäå. Ýòî èìååò ðåøàþùåå çíà÷åíèå äëÿ èçìåðåíèÿ VIN. Äàæå åñëè âû óâåðåíû, ÷òî íàïðÿæåíèå ñåòè ïåðåìåííîãî òîêà íå ñîäåðæèò ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé, íå çàáûâàéòå: íåêîòîðûå òèïû íàãðóçîê çàáèðàþò ïîñòîÿííûå òîêè, òåì ñàìûì, âíîñÿ íåáîëüøîå ïîñòîÿííîå íàïðÿæåíèå èç-çà ïàäåíèÿ íà ñåòåâûõ ïðîâîäàõ. Íà òåì-
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
ïåðàòóðíûå äðåéôû âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ âëèÿåò, ãëàâíûì îáðàçîì, äðåéô K3. Ïðè èñïûòàíèè ïðîòîòèïà òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò K3 áûë ðàâåí 470 ppm/°C.  Òàáëèöå 1 ïðèâåäåíû çíà÷åíèÿ VOUT äëÿ ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóð. Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü TLC2272 èìååò âûõîä, ïîääåðæèâàþùèé øèðîêèé äèàïàçîí âûõîäíûõ íàïðÿæåíèé, è íèçêèé òîê ïîêîÿ, óïðîùàþùèé ïèòàíèå ÷åðåç ãàñÿùèé êîíäåíñàòîð. Ïîñêîëüêó TLC2272 ÿâëÿåòñÿ ñäâîåííûì óñòðîéñòâîì, íåèñïîëüçóåìóþ ïîëîâèíó ìîæíî âêëþ÷èòü ýìèòòåðíûì ïîâòîðèòåëåì. Äëÿ êîíòðîëÿ òðåõôàçíîé ñåòè íóæíî áóäåò èñïîëüçîâàòü ïîëòîðà êîðïóñà TLC2272. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî îïåðàöèîííûå óñèëèòåëè IC3 â èçîëèðîâàííîì áëîêå è IC1 â íåèçîëèðîâàííîì áëîêå íå ìîãóò áûòü äâóìÿ ïîëîâèíàìè îäíîé ìèêðîñõåìû, â ïðîòèâíîì ñëó÷àå áóäåò ïîòåðÿíà èçîëÿöèÿ. Îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ñõåìû ñëåäóþùèå: ! Íàïðÿæåíèå èçîëÿöèè 5300  AC; ! Íåëèíåéíîñòü 0.08%; ! Òåìïåðàòóðíûé ñäâèã íàïðÿæåíèÿ VOUT 470 ppm/°C; ! Ôàçîâûé ñäâèã 2° íà ÷àñòîòå 50 Ãö; ! Ïîëîñà ïðîïóñêàíèÿ ïî óðîâíþ –3 äÁ îò 0 äî 1 êÃö. Òàáëèöà 1. Äðåéô âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ñìåùåíèÿ TIL300 (°C)
VOUT (Â)
TIL300 (°C)
VOUT (Â)
17.5 20 22.5 25 27.5 30 32.5 35
2.496 2.497 2.498 2.5 2.501 2.503 2.504 2.505
37.5 40 42.5 45 47.5 50 52.5 —
2.506 2.507 2.509 2.51 2.512 2.513 2.515 —
91
Åñëè ïîäêëþ÷èòü âûõîä ñõåìû ê 10áèòíîìó ÀÖÏ, äëÿ ñåòè 110  ìëàäøèé çíà÷àùèé áèò áóäåò ýêâèâàëåíòåí 0.5 Â. Äëÿ èçìåðåíèÿ òîêà ê ñõåìå ìîæíî äîáàâèòü äàò÷èê íà îñíîâå ýôôåêòà Õîëëà. Äëÿ ýòîé öåëè õîðîøî ïîäõîäÿò ïðèáîðû ñåðèè LTS, âûïóñêàåìûå êîìïàíèåé LEM, òàê êàê îíè ðàáîòàþò îò åäèíñòâåííîãî èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ 5 Â, à èõ âûõîäíîå íàïðÿæåíèå öåíòðèðîâàíî îòíîñèòåëüíî óðîâíÿ 2.5 Â. Ñèñòåìà, îáúåäèíÿþ-
ùàÿ èçìåðåíèÿ íàïðÿæåíèÿ è òîêà, ïîêàçàíà íà Ðèñóíêå 2. Ïðîöåññîð âû÷èñëÿåò èñòèííûå ñðåäíåêâàäðàòè÷íûå çíà÷åíèÿ íàïðÿæåíèé è òîêîâ, êàæóùåéñÿ è àêòèâíîé ìîùíîñòè è êîýôôèöèåíòà ìîùíîñòè. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Texas Instruments TLC2272 2. Datasheet Vishay IL300 3. Datasheet Microchip TC55
Çàãðóçêè Èìèòàöèîííàÿ ìîäåëü ìèêðîñõåìû IL300
92
ÑÕÅÌÛ
Íåòðàäèöèîííàÿ ñõåìà óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëåì ïîñòîÿííîãî òîêà ñ ïîñòîÿííûìè ìàãíèòàìè Luca Bruno EDN
Ò
Òðàäèöèîííûé ìåòîä óïðàâëåíèÿ äâèãàòåëÿìè ïîñòîÿííîãî òîêà íèçêîé è ñðåäíåé ìîùíîñòè ñ ïîñòîÿííûìè ìàãíèòàìè îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè ÷åòûðåõ MOSFET èëè áèïîëÿðíûõ òðàíçèñòîðîâ, âêëþ÷åííûõ â êîíôèãóðàöèè H-ìîñòà. Íàïðèìåð, â ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 äâèãàòåëü ïîäêëþ÷àåòñÿ ìåæäó ïàðàìè êîëëåêòîðîâ C1–C2 è C3–C4. Âêëþ÷å-
íèå äèàãîíàëüíî-ïðîòèâîïîëîæíûõ ïàð òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q3 èëè Q2 è Q4 íàïðàâëÿåò òîê ÷åðåç äâèãàòåëü è ïîçâîëÿåò èçìåíÿòü íàïðàâëåíèå åãî âðàùåíèÿ. Îäíàêî ýòîò ìåòîä òðåáóåò, ÷òîáû êàæäûé èç ÷åòûðåõ òðàíçèñòîðîâ èìåë ñâîé ñîáñòâåííûé âõîä óïðàâëåíèÿ.  çàâèñèìîñòè îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ äâèãàòåëÿ è îãðàíè÷åíèé íà âûõîäVCC
E1
E4 VCC
VCC
B1
Q1
Q4
C1 C2 B2
Q2
GND E2
B4
C4 + –
– +
C3 ÄÂÈÃÀÒÅËÜ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ Q3 ÒÎÊÀ Ñ ÏÎÑÒÎßÍÍÛÌÈ ÌÀÃÍÈÒÀÌÈ
B3 GND
E3
Ðèñóíîê 1.  âûõîäíîì êàñêàäå äðàéâåðà H-ìîñòà äâèãàòåëåì ïîñòîÿííîãî òîêîì óïðàâëÿþò äèàãîíàëüíî-ïðîòèâîïîëîæíûå ïàðû òðàíçèñòîðîâ. Ñõåìå òðåáóþòñÿ ÷åòûðå óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëà.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
93
VCC
D1
R1 1k
Q1 PNP
R2 1k R3
D6 1N4148 R5 220 VINA ÎÒ ÌÈÊÐÎÊÎÍÒÐÎËËÅÐÀ
R7 1k
Q2 NPN
D4 Q4 PNP
R4 D5 1N4148
ÄÂÈÃÀÒÅËÜ ÏÎÑÒÎßÍÍÎÃÎ D2 D3 ÒÎÊÀ Ñ ÏÎÑÒÎßÍÍÛÌÈ ÌÀÃÍÈÒÀÌÈ
Q3 NPN
GND
R6 220 VINB ÎÒ R8 ÌÈÊÐÎÊÎÍÒÐÎËËÅÐÀ 1k GND
ÏÐÈÌÅ×ÀÍÈß: D1, D2, D3 È D4 – ÓËÜÒÐÀÁÛÑÒÐÛÅ ÂÛÏÐßÌÈÒÅËÜÍÛÅ ÄÈÎÄÛ UF5401 ÑÎÏÐÎÒÈÂËÅÍÈß ÐÅÇÈÑÒÎÐΠR3 È R4 (VISHAY) – ÑÌ.  ÒÅÊÑÒÅ Q1 … Q4 – ÑÌ.  ÒÅÊÑÒÅ
Ðèñóíîê 2. Â ýòîé óñîâåðøåíñòâîâàííîé ñõåìå äðàéâåðà H-ìîñòà, òðåáóþùåé òîëüêî äâóõ óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ, èñïîëüçóþòñÿ êîìïëåìåíòàðíûå ïàðû òðàíçèñòîðîâ.
íîå íàïðÿæåíèå ìèêðîêîíòðîëëåðà, äëÿ ñèãíàëîâ, óïðàâëÿþùèõ âåðõíèìè òðàíçèñòîðàìè äðàéâåðà, ìîæåò ïîòðåáîâàòüñÿ ýëåêòðè÷åñêàÿ èçîëÿöèÿ èëè ñõåìà ñäâèãà óðîâíÿ.  ýòîé ñòàòüå îïèñàíà àëüòåðíàòèâíàÿ ñõåìà, êîòîðàÿ óïðàâëÿåò òîëüêî íèæíèìè ïåðåêëþ÷àþùèìè òðàíçèñòîðàìè H-ìîñòà.  ñòàíäàðòíîì H-ìîñòå äëÿ áèïîëÿðíîãî óïðàâëåíèÿ ìîòîðîì áàçû òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q4 ñîåäèíÿþòñÿ ñ êîëëåêòîðàìè Q3 è Q2 ÷åðåç ðåçèñòîðû R3 è R4 (Ðèñóíîê 2). Êàæäûé èç âõîäîâ VINA è VINB óïðàâëÿåò ïàðîé êëþ÷åé. Êîãäà Q2 âêëþ÷àåòñÿ, ðåçèñòîð R4 è äèîä D6 îïóñêàþò óðîâåíü áàçû òðàíçèñòîðà Q4, ââîäÿ â Q4 íàñûùåíèå è ïðîïóñêàÿ òîê ÷åðåç ìîòîð è Q2. Àíàëîãè÷íî, âêëþ÷åíèå Q3 íàñûùàåò Q1 òðàíçèñòîð è çàñòàâëÿåò äâèãàòåëü âðàùàòüñÿ â ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèè. Äèîä D5 íóæåí äëÿ òîãî, ÷òîáû òðàíçèñòîð Q1 îñòàâàëñÿ çàêðûòûì, êîãäà Q4 ïðîâîäèò òîê, à äèîä D6 âûïîëíÿåò òó æå ôóíêöèþ äëÿ òðàíçèñòîðà Q4 ïðè îòêðûòîì Q1. Ðåçèñòîðû R1, R2, R7 è R8 óâåëè÷èâàþò ñêîðîñòü ïåðåêëþ÷åíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ òðàíçèñòîðîâ, à ðåçèñòîðû R5 è R6 îãðàíè÷èâàþò áàçîâûå òîêè, âûòåêàþùèå èç 5-âîëüòîâûõ âûõîäîâ ìèêðîêîíòðîëëåðà, äî çíà÷åíèé ïîðÿäêà 15…20 ìÀ. Ðåçèñòîðû R3 è R4 óñòàíàâëèâàþò òîêè íàñûùåíèÿ áàç òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q4. Èõ ñîïðîòèâëåíèÿ çàâèñÿò îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ äâèãàòåëÿ è êîýôôèöèåíòîâ ïåðåäà÷è
94
òîêà òðàíçèñòîðîâ Q1 è Q4 è äîëæíû óäîâëåòâîðÿòü ñëåäóþùåìó ñîîòíîøåíèþ:
R3 = R 4 £
VCC - VBE _ ON( Q 4 ) - VF(D6 ) - VCE _ SAT IMOTOR hFE _ MIN( Q 4 )
.
ãäå VBE_ON(Q4) – ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå áàçû òðàíçèñòîðà Q4, VF(D6) – ïðÿìîå ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà äèîäå D6, VCE_SAT – íàïðÿæåíèå íàñûùåíèÿ êîëëåêòîð-ýìèòòåð òðàíçèñòîðîâ, IMOTOR – òîê äâèãàòåëÿ, hFE_MIN(Q4) – ìèíèìàëüíûé êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà òðàíçèñòîðà Q4. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ íàèëó÷øèõ õàðàêòåðèñòèê ñëåäóåò âûáèðàòü áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû ñ íèçêèì íàïðÿæåíèåì íàñûùåíèÿ êîëëåêòîð-ýìèòòåð VCE_SAT è áîëüøèì êîýôôèöèåíòîì ïåðåäà÷è òîêà hFE. Äîñòóïíûå â íàñòîÿùåå âðåìÿ òðàíçèñòîðû ñðåäíåé ìîùíîñòè ìîãóò êîíêóðèðîâàòü ñ MOSFET, îáëàäàÿ êîìáèíàöèåé õàðàêòåðèñòèê, ìèíèìèçèðóþùèõ ìîùíîñòü, ðàññåèâàåìóþ êîëëåêòîðîì, è íå òðåáóþùèõ áîëüøîãî òîêà äëÿ óïðàâëåíèÿ áàçîé.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 õîðîøî ðàáîòàþò òàêèå äèñêðåòíûå áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû,
ÑÕÅÌÛ
êàê NSS40200L (PNP) è NST489AMT1 (NPN), âûïóñêàåìûå êîìïàíèåé ON Semiconductor. ×òîáû ñäåëàòü êîíñòðóêöèþ áîëåå êîìïàêòíîé, ìîæíî âûáðàòü ìèêðîñõåìó èíòåãðàëüíîãî H-ìîñòà, íàïðèìåð, ZHB6790 êîìïàíèè Diodes, êîòîðàÿ ðàáîòàåò ïðè íàïðÿæåíèè äî 40 Â, îòäàâàÿ â äâèãàòåëü íåïðåðûâíûé òîê äî 2 À, à ïèêîâûé – äî 6 À. Åå ìèíèìàëüíûé êîýôôèöèåíò ïåðåäà÷è òîêà, ðàâíûé 500 ïðè òîêå êîëëåêòîðà 100 ìÀ, ìîæåò óìåíüøèòüñÿ äî 150 ïðè òîêå 2 À. Ïðè òîêàõ êîëëåêòîðîâ Q2 è Q3, ðàâíûõ 2 À, äëÿ äîñòèæåíèÿ íàïðÿæåíèÿ íàñûùåíèÿ 0.35  èëè ìåíåå â õóäøåì ñëó÷àå ïîòðåáóþòñÿ òîêè áàçû îò 13 äî 20 ìÀ. Ê ñ÷àñòüþ, âûõîäû ìíîãèõ ìèêðîêîíòðîëëåðîâ ìîãóò îòäàâàòü èëè ïðèíèìàòü òîêè äî 25 ìÀ è, òàêèì îáðàçîì, íàïðÿìóþ óïðàâëÿòü H-ìîñòîì íåçàâèñèìî îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ äâèãàòåëÿ. ×òîáû äîïîëíèòåëüíî ñíè-
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
çèòü òîêè óïðàâëåíèÿ èëè èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà óïðàâëÿþùèõ ñèãíàëîâ ñòàíäàðòíûå ÊÌÎÏ èëè ÒÒË ìèêðîñõåìû, ìîæíî áóôåðèçîâàòü âõîäû Q2 è Q3 ñ ïîìîùüþ èíâåðòîðîâ íà ìàëîñèãíàëüíûõ òðàíçèñòîðàõ. Êàê âàðèàíò, ìåæäó ýìèòòåðàìè Q2 è Q3 è çåìëåé ìîæíî äîïîëíèòåëüíî ïîäêëþ÷èòü ðåçèñòîðû ñ ñîïðîòèâëåíèÿìè â äîëè îìà. Ýòîò ïîçâîëèòü ïîëó÷èòü àíàëîãîâûå íàïðÿæåíèÿ, ïðîïîðöèîíàëüíûå òîêó äâèãàòåëÿ, ÷òî äàñò ìèêðîêîíòðîëëåðó âîçìîæíîñòü îáíàðóæèâàòü çàòîðìîæåííûé èëè ïåðåãðóæåííûé äâèãàòåëü. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet ON Semiconductor NSS40200L 2. Datasheet ON Semiconductor NST489AMT1G 3. Datasheet Diodes ZHB6790 4. Datasheet Vishay UF5401
95
Ìîùíûé ëèíåéíûé ôîðìèðîâàòåëü ñ îäíèì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ Tom Gay EDN
Â
 ìàëîìîùíûõ àíàëîãîâûõ ïðèëîæåíèÿõ ñ îäíèì èñòî÷íèêîì ïèòàíèÿ ÷àñòî òðåáóåòñÿ òî÷íîå óïðàâëåíèå íàïðÿæåíèÿìè, íàìíîãî ïðåâûøàþùèìè íàïðÿæåíèå ïîëîæèòåëüíîé øèíû ïèòàíèÿ. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ïîçâîëÿåò óìíîæàòü âõîäíîå íàïðÿæåíèå VIN íà êîýôôèöèåíò A, çàäàâàåìûé ðåçèñòîðàìè R1 è R2. Âûõîäíîå VOUT íàïðÿæåíèå ðàâíî AVIN, ãäå
A=
R2 . R1 +R 2
Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü ïîëó÷àåò ïèòàíèå îò îäíîãî èñòî÷íèêà 5 Â, à âûõîäíîé êàñêàä íà äèñêðåòíûõ êîìïîíåíòàõ ðàáîòàåò îò âûïðÿìëåííîãî íàïðÿæåíèÿ èñòî÷íèêà VS, îòâå÷àþùåãî òðåáîâàíèÿì ïðèëîæåíèÿ. Êîãäà ñõåìà îòäàåò èëè ïðèíèìàåò òîê, íà âûõîäå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ óñòàíàâëèâàåòñÿ íàïðÿæåíèå âûøå 1.9  (òðàíçèñòîð Q1 ïîëíîñòüþ çàêðûò), íî íèæå ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ N-êàíàëüíîãî MOSFET Q3 çà âû÷åòîì 1.2  (ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà äâóõ R8 10k
5V
VS Q2 IRF9Z24N
R7 100k Q1 BC547 C2 47 pF
R3 10k
VIN
R2 1.3k
C1 220 pF
R5 2.2k
C3 2.2 nF
D3 STPS745D
4
2 _ 3 +
R6 100k
IC1
R1 9.1k VS
6
VOUT D2 1N4148 D1 1N4148
7 5V R9 D4 7.5V
R4 10k
Q3 IRFZ46N
C4 100 nF
Ðèñóíîê 1. Ýòà ïðîñòàÿ ñõåìà ïîçâîëÿåò óïðàâëÿòü íàïðÿæåíèÿìè, íàìíîãî ïðåâîñõîäÿùèìè íàïðÿæåíèå ïîëîæèòåëüíîé øèíû ïèòàíèÿ.
96
ÑÕÅÌÛ
äèîäàõ). Êîãäà VIN óâåëè÷èâàåòñÿ îòíîñèòåëüíî çàäàííîãî óðîâíÿ, âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ óìåíüøàåòñÿ, è ïîñòåïåííî îòêðûâàåòñÿ Q1. Óâåëè÷èâàþùååñÿ ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R8 âêëþ÷àåò òðàíçèñòîð Q2. Ýòîò ïðîöåññ ïðîäîëæàåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà íàïðÿæåíèÿ íà äâóõ âõîäàõ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ íå ñòàíóò îäèíàêîâûìè. Óìåíüøåíèå VIN ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî âûõîäíîå íàïðÿæåíèå îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ âîçðàñòàåò äî çíà÷åíèÿ, ïðè êîòîðîì Q3 ïðîïóñêàåò òîê, äîñòàòî÷íûé äëÿ ýôôåêòèâíîãî óïðàâëåíèÿ íàãðóçêîé. Êîíäåíñàòîðû C1, C2 è C3 íåîáõîäèìû äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ ñàìîâîçáóæäåíèÿ ñõåìû. Ýòà ñõåìà, êîòîðàÿ ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ â êà÷åñòâå ìîùíîãî âûõîäíîãî êàñêàäà ãåíåðàòîðîâ èìïóëüñîâ, îáåñïå÷èâàåò âðåìåíà íàðàñòàíèÿ è ñïàäà ìåíåå 15 ìêñ, ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñÿùèå îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ VS. Èñïûòàòü ýòó ñõåìó ìîæíî ñ îïåðàöèîííûìè óñèëèòåëÿìè LMC7101, LT1013 è AD8551. Ñ ëþáûì èç íèõ ñõåìà áóäåò ñïîñîáíà îòäàâàòü â íàãðóçêó òîêè äî 5 À ïðè íàïðÿæåíèè VS äî 40 Â. Îäíîé èç âàæíûõ îñîáåííîñòåé ñõåìû ÿâëÿåòñÿ åå íå÷óâñòâèòåëüíîñòü ê äîïóñêàì êîìïîíåíòîâ. Ïðè çíà÷åíèÿõ R1 è R2, óêàçàííûõ íà Ðèñóíêå 1, êîýôôèöèåíò A = 8. Ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà R9 çàâèñèò
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
îò íàïðÿæåíèÿ VS. Åñëè èñïîëüçîâàòü â ñõåìå MOSFET ñ ëîãè÷åñêèìè óðîâíÿìè óïðàâëåíèÿ, òàêèå, íàïðèìåð, êàê IRLZ34N, òî èç íåå ìîæíî áóäåò èñêëþ÷èòü ýëåìåíòû D1, D2, D4, R4, R9 è C4.  ýòîì ñëó÷àå âûõîä îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ïîäêëþ÷àåòñÿ íåïîñðåäñòâåííî ê çàòâîðó Q3, à ñîïðîòèâëåíèå R6 äîëæíî áûòü óìåíüøåíî, ÷òîáû ïîíèçèòü íàïðÿæåíèå áàçû Q1 è ñîõðàíèòü ïîëîæåíèå «îêíà áåçäåéñòâèÿ», â êîòîðîì îòêëþ÷åíû îáà òðàíçèñòîðà Q1 è Q3. Äèàïàçîí äîïóñòèìûõ âõîäíûõ íàïðÿæåíèé îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ äîëæåí âêëþ÷àòü ïîòåíöèàë çåìëè. Äèîä D3 íåîáõîäèì òîëüêî â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà èñòîêè ñîåäèíåíû ñ âûõîäîì. D3 ïðåäîòâðàùàåò ïðîõîæäåíèå îáðàòíîãî òîêà îò âíåøíåãî èñòî÷íèêà ÷åðåç Q2. Òàêàÿ ñèòóàöèÿ ìîæåò âîçíèêíóòü â ñëó÷àå, êîãäà ñõåìà èñïîëüçóåòñÿ â ïðèëîæåíèè çàðÿäíîãî óñòðîéñòâà àêêóìóëÿòîðîâ. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD8551ARM 2. Datasheet International Rectifier IRF9Z24N 3. Datasheet International Rectifier IRLZ34N 4. Datasheet International Rectifier IRFZ46N 5. Datasheet Microchip LMC7101 6. Datasheet Analog Devices LT1013 7. Datasheet STMicroelectronics STPSD745
97
MOSFET â îáåäíåííîì ðåæèìå çàïóñêàåò èìïóëüñíûé èñòî÷íèê ïèòàíèÿ Gregory Mirsky EDN
Ìíîãèå èìïóëüñíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ Ì
ìèêðîñõåìû îáðàòíîõîäîâûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé èëè êîððåêòîðîâ êîýôôèöèåíòà ìîùíîñòè (ÊÊÌ). Êîãäà òàêîé èñòî÷íèê íà÷èíàåò ðàáîòàòü â íîðìàëüíîì ðåæèìå, ìèêðîñõåìà ÊÊÌ ïðîäîëæàåò ïîëó÷àòü ïèòàíèå îò îòäåëüíîé îáìîòêè, ñíèæàÿ, òåì ñàìûì, ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè ñõåìîé íà÷àëüíîãî çàïóñêà.
ñîäåðæàò öåïè íà÷àëüíîãî çàïóñêà äëÿ èíèöèàëèçàöèè èõ àâòîíîìíîé ðàáîòû. Ýòî ìîãóò áûòü ïðîñòûå ñõåìû, îñíîâàííûå íà ðåçèñòîðàõ, êàê, íàïðèìåð, IRIS4015, èëè áîëåå ñëîæíûå, â êîòîðûõ èñïîëüçóþòñÿ áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû èëè MOSFET. Òðàíçèñòîðû îáåñïå÷èâàþò íà÷àëüíûì òîêîì L D1 LL4148 ÂÛÏÐßÌÒÅËÜ ÑÅÒÅÂÎÉ ÔÈËÜÒÐ
D2 LL4148
GBU608 +
C2 20 µF 35 Â R5 100k
R1 100k
420 Â
C1 1 µF
D4 CSD06060G D3 LL4148
VCC
Q1 STP11NM60FD
IC1 ÊÎÍÒÐÎËËÅÐ ÊÊÌ GATE GND
C3 0.1 µF
Q2 DN2470
R2 10
R3 1M
+
Q3 CMPT2222A
C4 470 µF 450 Â
ÓÑÒÀÍÎÂÊÀ ÍÀ×ÀËÜÍÎÃÎ R ÒÎÊÀ 4
D5 BZX84C15
6.2M
Ðèñóíîê 1. Âûñîêîâîëüòíûé MOSFET, ðàáîòàþùèé â ðåæèìå îáåäíåíèÿ, îáåñïå÷èâàåò íà÷àëüíûé çàïóñê ìèêðîñõåìû ÊÊÌ. Âî âðåìÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû MOSFET âûêëþ÷åí è ïîòðåáëÿåò íè÷òîæíóþ ìîùíîñòü.
98
ÑÕÅÌÛ
Òàêèå ñõåìû óìåíüøàþò ïîòåðè ìîùíîñòè â öåïÿõ çàïóñêà, íî íå èñêëþ÷àþò èõ ïîëíîñòüþ, ïîñêîëüêó àêòèâíûìè êîìïîíåíòàìè îáû÷íî ÿâëÿþòñÿ âûñîêîâîëüòíûå áèïîëÿðíûå òðàíçèñòîðû èëè âûñîêîâîëüòíûå MOSFET, ðàáîòàþùèå â ðåæèìå îáîãàùåíèÿ. Äëÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû áàçû èëè çàòâîðû ýòèõ òðàíçèñòîðîâ òðåáóþò ïðÿìîãî ñìåùåíèÿ îòíîñèòåëüíî ýìèòòåðà èëè èñòîêà. Ïîýòîìó â öåïÿõ, óäåðæèâàþùèõ òðàíçèñòîðû â çàêðûòîì ñîñòîÿíèè, âñåãäà èìåþòñÿ ïîòåðè ìîùíîñòè. Ê ñîæàëåíèþ, èíæåíåðû îáðàùàþò ñëèøêîì ìàëî âíèìàíèÿ íà îáåäíåííûå MOSFET, êîòîðûå íå íóæäàþòñÿ â ïðÿìîì ñìåùåíèè äëÿ ïîääåðæàíèÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû, è êðîìå òîãî, ðàáîòàþò ïðè ïîòåíöèàëàõ çàòâîðîâ áîëåå íèçêèõ, ÷åì ïîòåíöèàëû èñòîêîâ. Ýòè öåííûå ñâîéñòâà îáåäíåííûõ MOSFET ïîäõîäÿò äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â öåïÿõ íà÷àëüíîãî çàïóñêà èñòî÷íèêîâ ïèòàíèÿ, íå èìåþùèõ ïîòåðü. Íà Ðèñóíêå 1 ïîêàçàíà òðàäèöèîííàÿ ñõåìà ÊÊÌ, ìèêðîñõåìà êîòîðîé ïåðâîíà÷àëüíî ïîëó÷àåò ïèòàíèå îò âûõîäà ÷åðåç îáåäíåííûé MOSFET DN2470 (Q2). Èñòîê Q2 ïèòàåò ìèêðîñõåìó ÊÊÌ IC1 íà÷àëüíûì òîêîì 10-15 ìÀ èëè ìåíåå, ÷òî çàâèñèò îò êîíêðåòíîãî òèïà ìèêðîñõåìû. Êðàòêîâðåìåííîå óâåëè÷åíèå ðàññåèâàåìîé ìîùíîñòè äî 46 Âò íå ìîæåò íàâðåäèòü MOSFET, ïðèïàÿííîìó ê ìåäíîìó ïîëèãîíó ïå÷àòíîé ïëàòû. Íî åñëè, âñå æå, âû áåñïîêîèòåñü çà çäîðîâüå
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
òðàíçèñòîðà, èñïîëüçóéòå IXTY02N50D, âûïóñêàåìûé êîìïàíèåé IXYS. Ðåçèñòîðû R3 è R4 óñòàíàâëèâàþò ðàáî÷óþ òî÷êó òðàíçèñòîðà Q2 äëÿ ïîëó÷åíèÿ ìèíèìàëüíîãî òðåáóåìîãî òîêà. Ñòàáèëèòðîí D5 îãðàíè÷èâàåò ïðèìåðíî äî 15  âõîäíîå íàïðÿæåíèå 18  ìèêðîñõåìû IC1, êîòîðîå îáû÷íî òðåáóåòñÿ äëÿ áîëüøèíñòâà ÊÊÌ è ìåíüøå çíà÷åíèÿ, ìàêñèìàëüíî äîïóñòèìîãî äëÿ Q2. Êîãäà IC1 íà÷èíàåò ðàáîòàòü íîðìàëüíî, íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ ìèêðîñõåìû ïîñòóïàåò îò äîïîëíèòåëüíîé îáìîòêè äðîññåëÿ ÊÊÌ (L), âûïðÿìëÿåìîãî è ôèëüòðóåìîãî äèîäàìè D1 è D3 è êîíäåíñàòîðàìè C1 è C2. Òðàíçèñòîð Q2 ïèòàåò ñòàáèëèòðîí D5 è ìèêðîñõåìó IC1 òîëüêî â òå÷åíèå êîðîòêîãî èíòåðâàëà âðåìåíè. Çàòåì áèïîëÿðíûé òðàíçèñòîð Q3, ïîëó÷èâ áàçîâûé òîê îò äèîäà D2 ÷åðåç ðåçèñòîð R5, îòêðûâàåòñÿ è çàìûêàåò çàòâîð Q2 íà çåìëþ. Q3 ïèòàåòñÿ îáùèì ñ ìèêðîñõåìîé íàïðÿæåíèåì ïîðÿäêà 15  – áîëåå ÷åì äîñòàòî÷íûì äëÿ âûêëþ÷åíèÿ Q2. Îñòàòî÷íûé òåïëîâîé òîê îò 10 äî 20 ìêÀ íå ïðèâîäèò ê ñóùåñòâåííûì ïîòåðÿì ìîùíîñòè. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Microchip DN2470 2. Datasheet International Rectifier IRIS4015 3. Datasheet IXYS IXTY02N50D 4. Datasheet STMicroelectronics STP11NM60 5. Datasheet Cree CSD06060G 6. Datasheet Diodes GBU-608
99
Ïðîñòàÿ ñõåìà çàùèòû ñîëåíîèäà îãðàíè÷èâàåò âðåìÿ âêëþ÷åíèÿ Panagiotis Kosioris EDN
Í
Íåñêîëüêèì êðèòè÷íûì äëÿ áåçîïàñíîñòè ñîëåíîèäàì â ëàçåðíîé èçìåðèòåëüíîé ñèñòåìå íà ëèíèè ñáîðêè àâòîìîáèëåé òðåáîâàëàñü çàùèòà îò âíóòðåííåãî ïåðåãðåâà âî âðåìÿ øòàòíîé ðàáîòû. Ïîñëå 60 ñ àêòèâíîñòè áûëî íåîáõîäèìî â òå÷åíèå 180 ñ îõëàæäàòü ñîëåíîèäû äî ñëåäóþùåãî âêëþ÷åíèÿ. Âåðîÿòíî, îäèí èç âàðèàíòîâ ïðîñòîé ñõåìû çàùèòû ìîã áû ñîäåðæàòü òàéìåð
íà îñíîâå ìèêðîêîíòðîëëåðà, íåñêîëüêî âñïîìîãàòåëüíûõ êîìïîíåíòîâ è êîðîòêóþ ïðîãðàììó, íàïèñàííóþ íà C++. Îäíàêî òàêîé ïðîåêò ïîòðåáóåò îöåíêè è âûáîðà ïîäõîäÿùåãî ìèêðîêîíòðîëëåðà, ïîêóïêè èëè àðåíäû ïðîãðàììàòîðà è çíà÷èòåëüíîãî âðåìåíè íà ïðîãðàììèðîâàíèå ìèêðîêîíòðîëëåðà è àíàëèç ýêñïëóàòàöèîííûõ ðèñêîâ. 12 Â
R1 5.5k 3 D1 1N4148
R2 2.2M
R5 2.2M
C1 100 nF
8
+
IC1A 2 _AD822
1
4
R4 10k
5
+
6 _
IC1B AD822
7
D2 1N4148
R3 1k
ÂÕÎÄ ÂÊËÞ×ÅÍÈß
+ C 2
68 µF
R6 10k
R7 1k
Q1
Ê ÑÎËÅÍÎÈÄÀÌ
6 7
OUT OUT
IN LOCKDIS IC2 TC4432 VDD VDD GND GND
2 3 1 8 4 5
NC 24 Â
IRL3705N
Ðèñóíîê 1.  çàïóñêàåìîì âíåøíèì ñèãíàëîì äðàéâåðå ñîëåíîèäîâ èñïîëüçóåòñÿ àíàëîãîâûé îãðàíè÷èòåëü âðåìåíè âêëþ÷åíèÿ.
100
ÑÕÅÌÛ
D1 1N4148 ÎÒ ÑÎËÅÍÎÈÄÎÂ
R2 2.2M
ÇÀÐßÄÊà R5 2.2M ÐÀÇÐßÄÊÀ
Ê ÂÛÂÎÄÓ 2 ÈÑ IC1A
C2 68 µF
Ðèñóíîê 2. Ýòà ðåçèñòèâíî-åìêîñòíàÿ öåïü îïðåäåëÿåò äëèòåëüíîñòè èíòåðâàëîâ âêëþ÷åíèÿ è âûêëþ÷åíèÿ.
 êà÷åñòâå àëüòåðíàòèâû ÿ âñïîìíèë ñëîâà ñâîåãî íàñòàâíèêà: «×òîáû ñíèçèòü ðèñê îïàñíîñòè, óìåíüøèòå êîëè÷åñòâî îïàñíûõ êîìïîíåíòîâ». Ïðîñòàÿ àíàëîãîâàÿ ñõåìà áóäåò áåçîïàñíåå, ìåíüøå è ïðîùå â îáñëóæèâàíèè.  ñõåìå íà Ðèñóíêå 1 èñïîëüçóåòñÿ òðàäèöèîííûé àíàëîãîâûé ìåòîä èçìåðåíèÿ âðåìåíè, îñíîâàííûé íà çàðÿäå è ðàçðÿäå ðåçèñòèâíî-åìêîñòíîé öåïè. Íà Ðèñóíêå 2 îòäåëüíî ïîêàçàíû âðåìÿçàäàþùèå êîìïîíåíòû ñõåìû. RC-öåïü îáðàçîâàíà òàíòàëîâûì ýëåêòðîëèòè÷åñêèì êîíäåíñàòîðîì C2 ñ äîïóñêîì ±10%, äèîäîì D1 è ðåçèñòîðàìè R2, R5. Ïðè àêòèâèðîâàííûõ ñîëåíîèäàõ R2 îáåñïå÷èâàåò ïóòü çàðÿäà êîíäåíñàòîðà C2, à äèîä D1 çàùèùàåò C2 îò ðàçðÿäà ÷åðåç ñîëåíîèäû. Êîãäà ñîëåíîèäû âûêëþ÷àþòñÿ, êîíäåíñàòîð ðàçðÿæàåòñÿ ÷åðåç R2 è R5 ñ ïîñòîÿííîé âðåìåíè áîëüøåé, ÷åì ïðè çàðÿäå. Ðàçíèöà ìåæäó äâóìÿ ïîñòîÿííûìè âðåìåíè îïðåäåëÿåò äëèòåëüíîñòè ïåðèîäîâ
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
ðàáîòû è âîññòàíîâëåíèÿ ñîëåíîèäà. Òðèããåð Øìèòòà, ñäåëàííûé íà ïîëîâèíå ìèêðîñõåìû ñäâîåííîãî îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ AD822, â ñîîòâåòñòâèè ñ íàïðÿæåíèåì íà êîíäåíñàòîðå C2, çàäàåò èíòåðâàëû âûêëþ÷åíèÿ è âêëþ÷åíèÿ ñîëåíîèäîâ. Ïðîìåæóòî÷íûé áóôåðíûé êàñêàä IC 1B óïðàâëÿåò äðàéâåðîì MOSFET TC4432, êîòîðûé, â ñâîþ î÷åðåäü, óïðàâëÿåò çàòâîðîì ìîùíîãî N-êàíàëüíîãî MOSFET Q1, íàãðóçêîé êîòîðîãî ÿâëÿåòñÿ ñîëåíîèä, ïèòàþùèéñÿ íàïðÿæåíèåì 24 Â. Êîãäà òðàíçèñòîð Q1 îòêðûâàåòñÿ, íàïðÿæåíèå íà C2 óâåëè÷èâàåòñÿ, è ïî èñòå÷åíèè 60 ñ óðîâåíü âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ òðèããåðà Øìèòòà îïóñêàåòñÿ ñ 12  äî 0 Â. Ñîîòâåòñòâåííî, íà âûõîäå áóôåðíîãî êàñêàäà è íà êàòîäå äèîäà D2 íàïðÿæåíèå òàêæå ñòàíîâèòñÿ ðàâíûì 0 Â. Ïðè ýòîì íàïðÿæåíèå íà àíîäå D2 ñîñòàâëÿåò 0.7 Â, ÷òî íåäîñòàòî÷íî äëÿ çàïóñêà äðàéâåðà MOSFET IC2. Òåïåðü Q1 âûêëþ÷àåòñÿ, ïèòàíèå ñ ñîëåíîèäîâ ñíèìàåòñÿ, è äèîä D1 çàêðûâàåòñÿ. Êîíäåíñàòîð C2 íà÷èíàåò ðàçðÿæàòüñÿ ÷åðåç R2 è R5, è âõîäíîå íàïðÿæåíèå òðèããåðà Øìèòòà óìåíüøàåòñÿ, íî ìåäëåííåå, ÷åì íà èíòåðâàëå çàðÿäà. ×åðåç 180 ñ íà âûõîäå òðèããåðà Øìèòòà óñòàíàâëèâàåòñÿ âûñîêèé óðîâåíü 12 Â, è ñõåìà ïåðåõîäèò â ðåæèì îæèäàíèÿ ïîñòóïëåíèÿ ÷åðåç ðåçèñòîð R3 ñëåäóþùåãî âíåøíåãî èìïóëüñà çàïóñêà. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet Analog Devices AD822 2. Datasheet Microchip TC4432 3. Datasheet Infineon IRL3705N
101
Ëèíåàðèçàöèÿ óïðàâëÿþùåé õàðàêòåðèñòèêè àòòåíþàòîðà ñ ïîìîùüþ îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ Mike Irwin EDN
Â
 ïðîôåññèîíàëüíîì àóäèî îáîðóäîâàíèè ÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ âûïóñêàåìûå Analog Devices ñ÷åòâåðåííûå àòòåíþàòîðû SSM2164, óïðàâëÿåìûå íàïðÿæåíèåì. Ðåàêöèÿ ìèêðîñõåìû íà óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå õàðàêòåðèçóåòñÿ êðóòèçíîé –30 äÁ/Â, ïðè÷åì ïðè 0  óñòàíàâëèâàåòñÿ åäèíè÷íîå óñèëåíèå. Îñëàáëåíèå ñèãíàëà óâåëè÷èâà-
åòñÿ ïî ìåðå ðîñòà óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ â ïîëîæèòåëüíîì íàïðàâëåíèè. Ñõåìà íà Ðèñóíêå 1 ðàñøèðÿåò äèàïàçîí ïðèëîæåíèé ýòîé óíèâåðñàëüíîé ìèêðîñõåìû, ïðåäîñòàâëÿÿ ïðîñòûå ñðåäñòâà ëèíåàðèçàöèè óïðàâëÿþùåé õàðàêòåðèñòèêè. Â ðåçóëüòàòå êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ óñèëèòåëÿ áóäåò ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëåí óïðàâëÿþùåìó
15 Â SSM2164 ÂÅÄÓÙÈÉ ÝËÅÌÅÍÒ 4 100 pF R1 100k
VIN ÍÀÏÐßÆÅÍÈÅ ÓÏÐÀÂËÅÍÈß ÓÑÈËÅÍÈÅÌ 0 … 15 Â
7.5k 1 DG
2
3
R2 100k
VREF –15 Â
560 pF 500
2 –
IC1 LF353A 3 +
1 æ - VIN ö ÷÷ VOUT = -0.67 log çç è VREF ø 100 pF
R4
ÂÕÎÄ ÀÓÄÈÎ
R3 30k
560 pF ÌÀÊÑ. 25 Â ÏÈÊ-ÏÈÊ 500
7
6 5 DG
SSM2164 ÂÅÄÎÌÛÉ ÝËÅÌÅÍÒ
30k 6
–
IC2 7 ÂÛÕÎÄ LF353B ÀÓÄÈÎ 5 + ÌÀÊÑ. 25 Â ÏÈÊ-ÏÈÊ
Ðèñóíîê 1. Èñïîëüçóÿ ýòó ñõåìó, ìîæíî îäíîâðåìåííî ïîëó÷èòü êàíàë óñèëåíèÿ, óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì, è ëîãàðèôìè÷åñêèé âûõîä.
102
ÑÕÅÌÛ
íàïðÿæåíèþ. Êðîìå òîãî, ñõåìà ðàáîòàåò êàê ëîãàðèôìè÷åñêèé ïðåîáðàçîâàòåëü. Èñïîëüçóÿ ýòîò ìåòîä, ìîæíî íà îñíîâå îäíîãî àòòåíþàòîðà SSM2164 ñîçäàòü äâà âûñîêîêà÷åñòâåííûõ ëèíåéíûõ óñèëèòåëÿ, óïðàâëÿåìûõ íàïðÿæåíèåì. Õàðàêòåðèñòèêè ÷åòûðåõ óñèëèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ ìèêðîñõåìû SSM2164, èìåþùèõ òîêîâûå âõîäû è âûõîäû, òî÷íî ñîãëàñîâàíû. Ðåàêöèÿ êàæäîãî ýëåìåíòà íà óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå îïèñûâàåòñÿ ôîðìóëîé
G = 10
-V 0.67
Îïåðàöèîííûé óñèëèòåëü IC2 ïðåîáðàçóåò âûõîäíîé òîê âåäîìîãî ýëåìåíòà â àóäèî íàïðÿæåíèå ñ óñèëåíèåì R4/R3. Îáùåå âûðàæåíèå äëÿ óñèëåíèÿ:
G=
Åñëè R1 = R2 è R3 = R4, âûðàæåíèå óïðîùàåòñÿ äî
G=
.
Óñèëèòåëüíûå ýëåìåíòû ÿâëÿþòñÿ íåèíâåðòèðóþùèìè ñòðóêòóðàìè.  êàæäîì óïðàâëÿåìîì íàïðÿæåíèåì óñèëèòåëå èñïîëüçóþòñÿ äâà óñèëèòåëüíûõ ýëåìåíòà. «Âåäóùèé» ýëåìåíò â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè îïåðàöèîííîãî óñèëèòåëÿ ôîðìèðóåò ëîãàðèôìè÷åñêîå âûõîäíîå íàïðÿæåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå ëèíåéíîìó âõîäíîìó íàïðÿæåíèþ. Çàòåì ëîãàðèôìè÷åñêîå íàïðÿæåíèå ïîñòóïàåò íà óïðàâëÿþùèé âõîä âòîðîãî, «âåäîìîãî» ýëåìåíòà ñ èäåíòè÷íûìè õàðàêòåðèñòèêàìè, êîòîðûé îáðàáàòûâàåò àóäèîñèãíàë. Áëàãîäàðÿ îáðàòíîé ñâÿçè ÷åðåç âåäóùèé óñèëèòåëüíûé ýëåìåíò SSM2164, ïîäêëþ÷åííûé ê èñòî÷íèêó îòðèöàòåëüíîãî îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ, íà èíâåðòèðóþùåì âõîäå IC1 ïîääåðæèâàåòñÿ óðîâåíü âèðòóàëüíîé çåìëè. Âûõîäíîå íàïðÿæåíèå VOUT ìèêðîñõåìû IC1 ÿâëÿåòñÿ ëîãàðèôìè÷åñêîé ôóíêöèåé âõîäíîãî ñèãíàëà:
VINR 2R 4 . VREFR1R 3
VIN VREF
è
æ V ö G ( äÁ) = 20 log çç IN ÷÷ . è VREF ø Ïðè VIN = 15 Â, VREF = –15  è íîìèíàëàõ êîìïîíåíòîâ, ïîêàçàííûõ íà ñõåìå, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ áóäåò ðàâåí åäèíèöå. Ïî ìåðå ñíèæåíèÿ óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ óñèëåíèå ïëàâíî ïàäàåò äî –70…–80 äÁ (Ðèñóíîê 2). Çàòåì óïðàâëÿåìûé íàïðÿæåíèåì óñèëèòåëü ïîëíîñòüþ âûêëþ÷àåòñÿ (îñëàáëåíèå ðàâíî 100 äÁ), êîãäà óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå óìåíüøàåòñÿ äî åäèíèö ìèëëèâîëüò. Îòðèöàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ çàñòàâëÿþò âûõîäíîå íàïðÿæåíèå IC1 ñìåùàòüñÿ áëèæå ê ïîëîæèòåëüíîé øèíå ïèòàíèÿ, íî êàê òîëüêî óïðàâëÿþùåå íàïðÿæåíèå âîçâðàùàåòñÿ â äèàïàçîí îò 0 äî 15 Â, IC1 áûñòðî îòðûâàåòñÿ
æ - VIN R 2 ö ÷÷ . VOUT = -0.67 log çç è VREF R1 ø ãäå VIN – íàïðÿæåíèå, óïðàâëÿþùèå óñèëåíèåì, VREF – îòðèöàòåëüíîå îïîðíîå íàïðÿæåíèå. VOUT ïîäàåòñÿ íà óïðàâëÿþùèé âûâîä âåäîìîãî ýëåìåíòà. Ïîäñòàíîâêà âûðàæåíèÿ äëÿ VOUT â âûðàæåíèå äëÿ óñèëåíèÿ äàåò ñëåäóþùóþ çàâèñèìîñòü:
G=
VINR 2 , VREFR1
êîòîðàÿ è ÿâëÿåòñÿ æåëàåìûì ëèíåéíûì îòêëèêîì.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
Ðèñóíîê 2. Òðåóãîëüíûå èìïóëüñû ðàçìàõîì îò 0 äî 3 Â (íèæíÿÿ îñöèëëîãðàììà) èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ìîäóëÿöèè 10-êèëîãåðöîâîãî ñèíóñîèäàëüíîãî ñèãíàëà (âåðõíÿÿ îñöèëëîãðàììà). Îáðàòèòå âíèìàíèå íà âûñîêóþ ëèíåéíîñòü ìîäóëÿöèîííîé îãèáàþùåé.
103
îò øèíû. Ñõåìà íå ïðîèçâîäèò ñëûøèìûõ ùåë÷êîâ è õîðîøî ðàáîòàåò ïðè áîëåå íèçêèõ íàïðÿæåíèÿõ ïèòàíèÿ, òàêèõ êàê ±5 Â. Äëÿ äîñòèæåíèÿ íàèëó÷øèõ õàðàêòåðèñòèê óñèëèòåëü IC1 äîëæåí èìåòü íèçêîå ñìåùåíèå è íèçêèé âõîäíîé òîê, à IC2 äîëæåí áûòü âûñîêîêà÷åñòâåííûì àóäèî îïåðàöèîííûì óñèëèòåëåì ñ íèçêèì óðîâíåì øóìîâ. Òåì íå ìåíåå, ìîæíî ïîëó÷èòü äîñòàòî÷íî õîðîøèå ïàðàìåòðû è ñ íåäîðîãèìè îïåðàöèîííûìè óñèëèòåëÿìè, òàêèìè êàê TL072 è LF353. Ïðîòîòèï ñõåìû, â êîòîðîì â êà÷åñòâå IC1 èñïîëüçîâàëñÿ óñèëèòåëü OP290, èìåë ãëóáèíó ðåãóëèðîâêè 75 … 80 äÁ. Ïðîíèêíîâåíèå óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ íà àóäèî-
104
âûõîä áûëî ìèíèìàëüíûì è êîëåáàëîñü â ïðåäåëàõ îò 10 äî 20 ì ïðè èçìåíåíèè óñèëåíèÿ â äèàïàçîíå 70 äÁ. Áëàãîäàðÿ èñïîëüçîâàíèþ óñèëèòåëüíûõ ýëåìåíòîâ ìèêðîñõåìû SSM2164 â ñòàíäàðòíîé êîíôèãóðàöèè, ñîîòâåòñòâóþùåé ðåêîìåíäàöèÿì èç òåõíè÷åñêîãî îïèñàíèÿ, ñõåìà èìååò ïðåâîñõîäíûå õàðàêòåðèñòèêè øóìîâ è èñêàæåíèé. ÐË
Ìàòåðèàëû ïî òåìå 1. Datasheet STMicroelectronics LF353 2. Datasheet Analog Devices OP290 3. Datasheet Analog Devices SSM2164 4. Datasheet Texas Instruments TL072
ÑÕÅÌÛ
Èñòî÷íèê òîêà äëÿ âûñîêîâîëüòíîé ñõåìû EDN
È
Èíîãäà íàì áûâàåò íóæåí èñòî÷íèê òîêà, ðàáîòàþùèé ñ íàïðÿæåíèåì 1000  è áîëüøå. Òàêîé èñòî÷íèê ìîæåò áûòü ïîëåçåí äëÿ ñíèæåíèÿ ïóëüñàöèé íàïðÿæåíèÿ, êîãäà ýëåêòðîëèòè÷åñêèé êîíäåíñàòîð ïèòàåòñÿ îò âûñîêîèìïåäàíñíîãî óçëà èñòî÷íèêà òîêà. Çíà÷åíèå âûõîäíîãî òîêà ñõåìû íà Ðèñóíêå 1 ïîääåðæèâàåòñÿ íà òî÷íîì óðîâíå è ñëàáî çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû.  ñõåìå èñïîëüçóåòñÿ N-êàíàëüíûé MOSFET Q1 ñ äîïóñòèìûì íàïðÿæåíèåì ñòîê-èñòîê, ðàâíûì 1000 Â. Øóíòîâîé ðåãóëÿòîð ZR431LF01 (D2) ñòàáèëèçèðóåò è ðåãóëèðóåò âûõîäíîé òîê. Ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå òðàíçèñòîðà Q1 äîëæíî áûòü âûøå îïîðíîãî íàïðÿæåíèÿ 1.25  ðåãóëÿòîðà D2. Ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòîðå R1 îïðåäåëÿåò âåëè÷èíó âûõîäíîãî òîêà.  äàííîì ñëó÷àå îí ðàâåí 1.25 Â/220 Îì = 5.6 ìÀ. D2 ïîääåðæèâàåò íàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê
MOSFET òàêèì, ÷òîáû ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà R1 áûëî ðàâíî îïîðíîìó íàïðÿæåíèþ D2. Òî÷íîñòü è òåìïåðàòóðíàÿ ñòàáèëüíîñòü ýòîãî íàïðÿæåíèÿ îïðåäåëÿþò òî÷íîñòü è ñòàáèëüíîñòü èñòî÷íèêà òîêà. Ñòàáèëèòðîí D1 çàùèùàåò çàòâîð Q1 è îãðàíè÷èâàåò íàïðÿæåíèå çàòâîð-èñòîê, êîãäà ê âûõîäó ñõåìû íå ïîäêëþ÷åíà íàãðóçêà. Ïîäîáíóþ ñõåìó ìîæíî èñïîëüçîâàòü è äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïîñòîÿííîãî òîêà ïðè îòðèöàòåëüíîì íàïðÿæåíèè èñòî÷íèêà ïèòàíèÿ, äàæå â òîì ñëó÷àå, êîãäà âûñîêîâîëüòíûé Pêàíàëüíûé MOSFET íåäîñòóïåí. ×òîáû óñòðîéñòâî ìîãëî ðàáîòàòü ñ N-êàíàëüíûì MOSFET ïðè îòðèöàòåëüíîì íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ, ñõåìó íà Ðèñóíêå 1 íóæíî èçìåíèòü. Äëÿ ýòîãî ñëåäóåò ïîìåíÿòü ìåñòàìè ïîäêëþ÷åíèå ñòîêà è èñòîêà òðàíçèñòîðà Q1 (Ðèñóíîê 2). Ôóíêöèÿ, âûïîëíÿåìàÿ ðåãóëÿòîðîì D2, çäåñü òî÷íî òàêàÿ æå, êàê è â ñõåìå Ðèñóíîê 1. ÐË Q1 BUZ50
R1 220
950V
OUT+ + C1 10 µF
R6 10M
C2 + 10 µF
R7 10M
C1 10 µF
+
R6 10M
C2 10 µF
+
R7 10M
R5 10k
R2 R4 R3 330k 330k 330k
Ðèñóíîê 1. Ýòà ñõåìà âûðàáàòûâàåò ñòàáèëüíûé òîê, èñïîëüçóÿ ïîëîæèòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ.
D1 D2 BZV55C12 ZR431LF01
Q1 BUZ50
R1 220
OUT–
–950V
Ðèñóíîê 2. Ìîäèôèêàöèÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 1, ïîçâîëÿþùàÿ èñïîëüçîâàòü îòðèöàòåëüíûå íàïðÿæåíèÿ.
ÐàäèîËîöìàí 05,06-2020
R2 100k
D1 BZV55C12
R3 330k
R4 330k
R5 330k
D2 ZR431LF01
105
Æóðíàë äëÿ òåõ, êòî èíòåðåñóåòñÿ ýëåêòðîíèêîé
Åñëè âàì íåáåçðàçëè÷íû òåìû: ìèêðîêîíòðîëëåðû àâòîìàòèçàöèÿ ñèëîâàÿ ýëåêòðîíèêà ñâåòîòåõíèêà ÑÀÏÐ èçìåðåíèÿ
èëè âû ÿâëÿåòåñü íîñèòåëåì ïåðåäîâûõ çíàíèé â äðóãèõ îáëàñòÿõ ýëåêòðîíèêè è ãîòîâû èõ ïîïóëÿðèçèðîâàòü ïðèãëàøàåì ê ñîòðóäíè÷åñòâó!