Разработка монокристального монофункционального регулятора напряжения для бортовой сети автомобиля (стр. 7 из 10)
| Коэф. изменения | U(T=25оС), В | U(T=85оС), В | ТКН, мВ/оС | Коэф. изменения | U(T=25оС), В | U(T=85оС), В | ТКН, мВ/оС |
| 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 | 1,607 1,597 1,590 1,583 1,577 1,572 1,567 1,563 | 1,549 1,526 1,508 1,494 1,482 1,472 1,464 1,457 | -0,967 -1,183 -1,367 -1,483 -1,583 -1,667 -1,717 -1,767 | 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 | 1,559 1,555 1,551 1,548 1,545 1,542 1,540 1,537 | 1,450 1,444 1,439 1,434 1,430 1,426 1,422 1,418 | -1,817 -1,85 -1,867 -1,9 -1,917 -1,933 -1,967 -1,983 |
3.7Триггерное устройство
Триггерное устройство предназначено для управления работой выходного каскада (см. п. 3.8.) и выходного транзистора VT73.
Принципиальная электрическая схема триггерного устройства показано на рис. 3.7.1.
Как видно из рис. 3.7.1. основной составляющей триггерного устройства является
- триггер на логических элементах 38 – 39, выполняемых на основе интегрально – инжекционной логики.Таблица истинности RS – триггера представлена в таблице 3.7.1.
Элементы 34 – 37 и 40 носят второстепенный характер и предназначены для согласования работы блоков, сигналы с которых подаются на данное триггерное устройство, с самим триггерным устройством, то есть для выполнения определенных функций последним.
Рассмотрим работу данного узла подробнее. Работа этого блока была смоделирована на ПЭВМ в программе DesignLab8.0.
Предположим, что в начальный момент времени на вход логического элемента 36 подается низкий уровень ("0") – компаратор в первоначальном состоянии, и на элемент 40 также подается логический "0", что говорит о не превышении напряжения в бортовой сети автомобиля определенного уровня (~ 18 В). В этом случае работа
- триггера будет определяться сигналом, подаваемом на вход логического элемента 37 (с Q – выходов Т – триггеров (см. п. 3.2.2.)). В то время как на входе элемента 37 будет логический "0", на входе элемента 39 будет логическая "1", а на входе элемента 38 будет частота, подаваемая с ГПИ на логический элемент 34 через элемент 35. Согласно таблице истинности RS – триггера на выходе элемента 39 будет наблюдаться "0".В следующий момент времени, когда на элемент 37 будет подана логическая "1" (в случае, когда все Т – триггеры приняли сосчитанное состояние) на входе элемента 39 будет логический "0", а на входе элемента 38 – логическая "1", что определит, в соответствии с таблицей истинности, на выходе элемента 39 логическую "1".
Теперь, если на выходе компаратора сигнал изменится с "0" на "1", то изменится сигнал, подаваемый на вход элемента 38, что приведет к переключению триггера с логического "0" на логическую "1".
В случае превышения напряжения в бортовой сети автомобиля свыше 18 В на вход элемента 40 будет подана логическая "1", которая, поступив на
- вход триггера, предварительно инвертировавшись в логический "0" элементом 40 блокирует работу элемента 37 и триггера.В результате этого на выходе элемента 39 будет находиться логический "0", который будет удерживаться до тех пор пока на входе элемента 40 сигнал не изменит свое состояние на противоположное ("0") независимо от сигналов, подаваемых на другие входы триггерного устройства.
На рис. 3.7.2. приведены диаграммы работы триггерного устройства.
Рис. 3.7.1. Принципиальная электрическая схема триггерного устройства
Рис. 3.7.2. Диаграммы, поясняющие работу триггерного устройства
а) напряжение в бортовой сети выше номинального (Uном < U < Uпред);
б) напряжение в бортовой сети сравнимо с номинальным;
в) напряжение в бортовой сети меньше номинального;
г) напряжение в бортовой сети намного больше номинального (U > Uпред)
3.8 Выходной каскад
Выходной каскад выполняет функцию элемента, согласующего работу маломощной интегрально-инжекционной логики (управляющего триггерного устройства) с мощным выходным транзистором n-p-n- типа.
Принципиальная электрическая схема выходного каскада отображена на рис. 3.8.1.
Как видно из рис. 3.8.1. режим работы выходного каскада задается подачей сигнала, снимаемого с блока защиты 1 и подаваемого на транзистор VT67, который в свою очередь регулирует работу транзистора p-n-p- типа VT62 и n-p-n- типа VT68 и VT69.
Управляющий сигнал, снимаемый с триггерного устройства подается на базы транзисторов VT69 и VT71 и который в зависимости от своего состояния (высокий или низкий уровень) открывает либо закрывает составной транзистор (транзистор Дарлингтона) VT63-VT64-VT65. Когда транзистор VT65 закрыт (на входе высокий уровень) транзистор VT72 также будет закрыт, а мощный выходной транзистор VT73 открыт, что будет сопровождаться протеканием высокого тока через обмотку возбуждения генератора. В противном случае (низкий уровень на входе) транзистор VT72 будет открыт, но выходной транзистор VT73 будет закрыт. Таким образом обеспечивается ключевой режим работы выходного транзистора VT73. Мощный диод VD6, который называется диодом гашения (или гасящим диодом), предназначенным для подавления всплесков напряжения, возникающих на обмотке возбуждения генератора.
На транзисторе VT74, диодах VD7-VD11 и резисторе R89 собран блок защиты 2 от импульсных перенапряжений (всплесков) в бортовой сети автомобиля. Питание выходного каскада осуществляется непосредственно от аккумуляторной батареи, либо от генератора переменного тока в комплекте с диодным (стабилитронным) выпрямителем.
Рис. 3.8.1. Принципиальная электрическая схема выходного каскада
Рис. 3.8.2. Модернизированная принципиальная электрическая схема выходного каскада
Учитывая то, что данный регулятор напряжения выполнен в виде монокристальной полупроводниковой микросхемы, через выходной транзистор которого протекают значительные токи (до 5 А), приводящие к сильному разогреву кристалла встает вопрос об уменьшении протекающих токов через структуры микросхемы, уменьшения напряжения насыщения выходного транзистора.
В связи с этим предложена модернизированная схема выходного каскада, обеспечивающая снижение протекающих токов и напряжения насыщения выходного транзистора.
Модернизированная принципиальная электрическая схема выходного каскада приведена на рис. 3.8.2.
Схема, отображенная на рис.3.8.2. отличается от базовой схемы следующим.
В момент подачи на вход выходного каскада (базы транзисторов VT69 и VT71) высокого уровня транзистор VT65, также как в первом случае будет закрыт и на резисторе R86 будет невысокое напряжение, которого недостаточно для открытия транзисторов VT72 и VT76. В результате этого через резистор R91 = 2 кОм будет протекать небольшой ток, а транзистор VT75 будет открыт и через него, резистор R88 и выходной транзистор VT73 будет протекать относительно высокий ток (~ 220 мА), который откроет транзистор VT73, открытие которого будет также поддерживаться закрытым транзистором VT76. Теперь в случае подачи на вход выходного каскада низкого уровня, также как и в первом случае, транзистор VT65 будет открыт и на резисторе R86 будет напряжение, достаточное для открытия транзисторов VT72 и VT76. Так как на базе транзистора VT75 будет низкий потенциал, то он будет закрытым, что будет обеспечивать протекание тока через резистор R88 низкого значения. Открытый транзистор VT76, находящийся в режиме насыщения не будет обеспечивать открытие транзистора VT73.
Таким образом, этим усовершенствованием добиваются протекания большого тока через резистор R88 = 60 Ом только в случае открытия выходного транзистора VT73. В случае закрытого выходного транзистора VT73 ток протекает через резистор R91 = 2 кОм, что гораздо меньше R = 60 Ом и что обеспечивает протекание тока не более 7 – 8 мА. В результате этого уменьшается нагрев кристалла и улучшается тепловой режим работы регулятора напряжения.
Уменьшенное напряжение насыщения выходного транзистора обеспечивается увеличением площади выходного транзистора примерно в 2 раза, что обеспечивает также снижение напряжения насыщения выходного транзистора также примерно в 2 раза (с 0,8 В – 0,9 В до 0,4 В – 0,45 В).
Все данные о произведенных улучшениях подтверждены экспериментальными данными, которые были осуществлены в результате макетирования выходного каскада на дискретных элементах и проверкой напряжения насыщения выходных транзисторов на дискретно собранных выходных транзисторах путем их параллельного соединения.