Стабилизатор напряжения на таймере 555: Стабилизатор напряжения на 555 таймере

is555

is555

Статья писалась в далёком 1991 году (ещё при СССР) и

поэтому имеет некий РЕТРО оттенок :).

                     В.Я.Володин
                 СТАБИЛИЗАТОР ИЗ ТАЙМЕРА.

     Благодоря своей универсальности интегральная схема (ИС)
555  получила  широкое  распространение за рубежом и у нас в
стране.  Отечественным  аналогом   этой   ИС   является   ИС
КР1006ВИ1.
     Сделаем небольшое отступление для тех,  кто не знаком с
этой уникальной микросхемой.

     На рис.1 показана функциональная схема ИС 555 [1].
     Основные ее  каскады - это управляющий RS-триггер,  два
компаратора, разрядный транзистор Q1 и инвертирующий  усили-
тель A1.
     Компаратор - это своеобразный мостик между  аналоговыми
и цифровыми устройствами,  служащий для сравнения двух уров-
ней напряжения. Если напряжение на входе (+) компаратора бо-
лее положительное чем на входе (-), то на выходе компаратора
лог. 1. В противном случае на выходе компаратора лог.0. Хоро-
шие  компараторы улавливают разницу в уровнях входных напря-
жений величиной несколько десятков микровольт и менее.

     На рис.2  изображена  наиболее  распространенная  схема
включения ИС 555.
     Это схема  генератора прямоугольных импульсов.  Принцип
действия этой схемы следующий.  Допустим в некоторый  момент
времени  конденсатор  C  разряжен  ниже 1/3Uп.  Как видно из
рис.1 на входе (-) компаратора 1 фиксирован, с помощью дели-
теля Ra, Rb, Rc, уровень 2/3Uп, а на входе (+) компаратора 2
уровень 1/3Uп.  Следовательно на выходе компаратора 1  будет
лог.0,  а на выходе компаратора 2 будет лог.1. В этом случае
RS-триггер установлен,  транзистор Q1 закрыт,  а на выводе 3
ИС   присутствует   уровень   лог.1.  По  истечении  времени
T1=0.685*(Rз+Rр)*C конденсатор C зарядится до уровня 2/3Uп и
сработает компаратор 1,  который сбросит RS-триггер.  В этот
момент на выводе 3 ИС появится уровень лог. 0 и транзистор Q1
открывается. Конденсатор С за время Т2=0.685*Rр*C разряжает-
ся до уровня 1/3Uп.  После этого срабатывает  компаратор  2,
который перекидывает RS-триггер в первоначальное состояние и
весь процесс повторяется.  Следовательно схема  изображенная
на рис.2 генерирует прямоугольные импульсы следующие с пери-
одом T=T1+T2=1.46*(Rз+2Rр)*C.
     В различных  источниках  [2,3]  неоднократно появлялись
примеры использования ИС 555 в ключевых стабилизаторах  нап-
ряжения. И это не удивительно, так-как на ИС 555 очень легко
можно  осуществить  схему  с  широтно-импульсной  модуляцией
(ШИМ),  подав на ножку 5 модулирующее напряжение. С выхода 3
ИС КР1006ВИ1 можно получить ток до 100mA,  что позволяет не-
посредственно управлять мощной нагрузкой.
     В настоящее время среди радиолюбителей пользуются боль-
шой популярностью релейные стабилизаторы напряжения.  ИС 555
имеет все  необходимые  элементы  схемы  управления релейным
стабилизатором напряжения.   Единственным недостатком ИС 555,
в этом случае, является слишком большой размер окна компара-
тора, который составляет 1/3Uп.

     На рис.3 изображена схема в которой преодолен этот, вы-
шеуказанный,  недостаток.  За счет внешнего делителя R1, R2,
R3 подключенного к выводам 2 и 6 ИС 555,  величину окна ком-
паратора можно довести до 30 ...50 мВ, что вполне достаточно
для релейного стабилизатора напряжения.
     Напряжение в верхней  точке  опрокидывания  компаратора
можно найти по формуле:

                Uв=Uоп*(R1+R2+R3)/(R2+R3)
     Напряжение в нижней точке опрокидывания:

                Uн=Uоп*(R1+R2+R3)/2*R3

     На рис.4  приведена  приципиальная  электрическая схема
релейного стабилизатора напряжения в которой используется ИС
таймера  555.  Внешний делитель напряжения реализован на ре-
зисторах R15, R16, R17, R18 и R19. Подстроечным резистором R17
устанавливают двойную амплитуду пульсации на выходе стабили-
затора равную 30 . .50 мВ.  Подстроечным резистором R15 уста-
навливают  5В  на выходе стабилизатора.  Опорное напряжение,
величиной 3.3В, снимается со стабилитрона VD8. Благодоря то-
му, что стабилитрон VD8 питается стабильным током, пульсация
с частотой сети на выходе стабилизатора практически  отсутс-
твует.  ИС DA1 и DD1 питаются напряжением 5В с выхода стаби-
лизатора, собранного на элементах R1, R2, VD5 и VT1. Силовой
ключ  стабилизатора выполнен по типовой схеме [4] на элемен-
тах VT3, VT4, VT5,  VD6, C5, R6, R7, R13 и R14. В стабилиза-
торе применена известная схема  токовой защиты, которая бло-
кирует силовой ключ при превышении пикового значения входно-
го тока стабилизатора величины 5А.  Схема защиты собрана на 
элементах VT2, R3, R4, R5, C3, DD1, C4, R8,  R9,  R10,  R11,
R12.  При  превышении  входным  током   пикового   значения
6.5A  открывается транзистор VT2 и сбрасывает триггер DD1.2,
DD1.3.  Уровень лог.0 на выходе DD1. 3 блокирует работу сило-
вого ключа. С помощью RC-цепочки R11С4 схема защиты устанав-
ливается в момент включения стабилизатора.
     Стабилизатор обеспечивает следующие параметры:

     Выходное напряжение ........... 5В
     Ток нагрузки до ............... 5А
     Двойная амплитуда пульсации ... 30 ..50мВ
     Частота пульсации ............. 0.6 ..1КГц

     Силовой трансформатор намотан на сердечнике  Ш30*30  из
трансформаторной стали.  Первичная обмотка намотана проводом
диаметром 0.35мм и содержит 1100 витков.  Вторичная  обмотка
намотана проводом диаметром 1.2мм и содержит 70 витков. Мож-
но  использовать  и  другой  трансформатор  мощностью  около
40..50 Ватт с напряжением холостого хода на вторичной обмот-
ке 12..15В.
     Дроссель L1  намотан на сердечнике Ш12*25 из трансфор-
маторной стали.  Обмотка мотается проводом диаметром 1мм  до
заполнения. Сердечник  собирается встык и в зазор необходимо
вставить немагнитную (например бумажную) прокладку  толщиной
0. 5мм.

     Список литературы:
     1. Р. Трейстер. Радиолюбительские схемы на ИС типа 555.
Перевод с английского. Москва "Мир" 1988.
     2. Л. Фолкенберри. Применение операционных усилителей и
линейных ИС. Перевод с английского. Москва "Мир" 1985.
     3. П. Четти.  Проектирование ключевых источников элект-
ропитания. Перевод с английского.  Москва  "Энергоатомиздат"
1990.
     4. В.Е.  Китаев, А.А. Бокуняев. Проектирование источни-
ков электропитания устройств связи. Москва "Связь" 1972.
     5. Справочник. Микросхемы для бытовой аппаратуры.
Москва "Радио и связь" 1989.

Таймер «555»в качестве преобразователя бортового напряжения | PRACTICAL ELECTRONICS

13.03.2022

Как известно бортовая сеть автомобиля представляет собой напряжение, чаще всего 12 В, аккумуляторной батареи. Подавляющее число электронных устройств и бытовой электротехники, никак не «дружат» с таким источником питания. А есть люди, чья профессия или образ жизни, предполагает нахождение в авто большую часть времени суток. В таких случаях на помощь приходят DC-DC преобразователи, которые сейчас приобрести можно по вполне доступной цене с различной мощностью и выходным напряжением.

Уже сравнительно давно, в силу своей работы, мне приходилось довольно много ездить по области на автомобиле и порой ночевать в нём. Была крайняя необходимость чтобы портативный компьютер (ноутбук) всегда оставался в рабочем состоянии, т.е. его аккумуляторная батарея должна была периодически подзаряжаться. Напряжение адаптера для зарядки составляло 20 В и стояла задача в преобразовании бортового напряжения 12 В до этого значения. Тогда впервые я и собрал схему, практически из подручных электронных компонентов, одним из которых являлся популярный и широко применяемый таймер 555.

Прежде чем перейдём непосредственно к схеме, хотелось сказать ещё пару слов о подобных преобразователях. Вообще просто повысить напряжение источника постоянного тока задача довольно простая, а вот стабилизировать это напряжение, при разных токах нагрузки, в этом и состоит вся так сказать «заковырка». Эту схему я и решил опубликовать из-за интересной (на мой взгляд) организации обратной связи в повышающем DC-DC преобразователе, который к тому же реализован без применения специализированных микросхем.

Схема электрическая принципиальная преобразователя напряжения на таймере «555»

Схема представляет собой классическую компоновку повышающего преобразователя: генератор, силовой ключ, накопительная индуктивность, выпрямитель. Частота генератора на DD1 определяется параметрами R1R2C1 и в этой схеме равна ≈90 кГц. Силовой ключ, который коммутирует накопительную индуктивность L1 это мощный mosfet-транзистор VT1 с каналом n-типа IRF1407. Выпрямитель — два параллельных 3-х амперных диода Шотки VD2VD3 SB360.

Ну а теперь перейдём к одну из вариантов возможной организации обратной связи, когда в качестве генератора используется таймер 555. В режиме свободного полёта (без нагрузки) и отключённой цепи VD4 VT1 на выходе данной схемы действует напряжение больше 50 В. Нам надо 20 В. Самый простой способ «отмониторить» это значение — стабилитрон на соответствующее напряжение стабилизации. Благодаря свойству стабилитрона менять своё сопротивление в зависимости от приложенного напряжения (динамическое сопротивление) можно, например, в этой схеме управлять транзистором. Транзистор VT1 своим переходом КЭ через сопротивление резистора R3 подключает контрольный вывод 5 DD1 на общий провод. При малом сопротивлении перехода в таком режиме на выходе 3 DD1 происходит фактический срыв генерации импульсов. В зависимости от сопротивления перехода импульсы на выходе или полностью отсутствуют, или их период уменьшается в разы. А управляем мы сопротивлением перехода КЭ VT1 как раз через стабилитрон VD4.

Как только напряжение на выходе схемы начинает превышать напряжение стабилизации VD4 — 20 В, через него начинает протекать ток, транзистор VT1 открывается и подключает 5 вывод на общий провод через R3. В итоге на выходе схемы получается значение напряжения равное значению напряжению стабилизации VD4.

Печатная плата для схемы преобразователя напряжения на таймере «555»

Печатная плата показана на рисунке. Индуктивность в конструкции применена заводского изготовления на ток 3200 мА — RLB1314-100KL. Выходной максимальный ток для схемы — 3 А. Среднее значение мощности которая должна быть рассеяна теплоотводом от транзистора VT1 при максимальном выходном токе — 10 Вт.

радиолюбительэлектроникаэлектропитание

Поделиться в социальных сетях

Вам может понравиться

Простой понижающий преобразователь на основе таймера 555 для диммеров светодиодов и управления скоростью двигателя постоянного тока схема регулятора скорости двигателя. Эта схема представляет собой простой преобразователь постоянного тока в постоянный с силовой электроникой, который можно использовать для понижения напряжения. Его эффективность приводит к увеличению срока службы батареи из-за снижения тепловыделения, что делает ее выгодным вариантом для небольших гаджетов. Я разработал схему преобразователя с помощью KiCAD, изготовил простую печатную плату и протестировал модуль со светодиодной лентой.

Чем понижающий преобразователь отличается от линейного регулятора напряжения и почему он более эффективен?

И понижающие преобразователи, и линейные стабилизаторы являются понижающими преобразователями, т. е. выходное напряжение ниже входного. Понижающие преобразователи используют технику переключения ШИМ для понижения напряжения, тогда как линейный регулятор действует как переменный резистор, постоянно поддерживая сеть делителя напряжения, чтобы поддерживать постоянную выходную мощность, но недостатком является то, что они тратят энергию в виде тепла. для поддержания выхода.

Поскольку понижающий преобразователь использует сигнал ШИМ для поддержания напряжения, теоретически это система со 100 % КПД, но в реальной жизни эти понижающие преобразователи могут иметь КПД 90–95 %, тогда как линейный регулятор напряжения крайне неэффективен, в зависимости от входное и выходное напряжения. Таким образом, если вы проектируете небольшую систему с батарейным питанием, преобразователь  buck имеет больше смысла из-за его более высокой эффективности. В приведенной ниже таблице показана разница между линейным регулятором и импульсным понижающим регулятором 9.0004 .

Как работает понижающий преобразователь?

Простой понижающий преобразователь работает путем простого размыкания и замыкания переключателя в заранее заданный период времени, также известный как рабочий цикл, для поддержания требуемого выходного напряжения. На приведенном ниже рисунке показана простая топология понижающего преобразователя , которая имеет следующие компоненты: источник напряжения для подачи входного напряжения, переключатель для поддержания рабочего цикла, дроссель для уменьшения изменения выходной нагрузки, конденсатор для сглаживания выход и диод, соединенные параллельно для защиты переключателя (обычно это транзистор) от обратного напряжения.

Понижающий преобразователь работает в 2 этапа. На этапе 1 переключатель S замкнут, а на этапе 2 переключатель S разомкнут.

Стадия 1: Когда переключатель замкнут

Когда переключатель замкнут, ток от входа протекает через индуктор, индуктор не допускает резких изменений тока, поэтому ток через индуктор преобразуется в магнитный поле, таким образом, индуктор начинает заряжаться. Следовательно, когда ключ замкнут, конденсатор также сохраняет заряд.

Стадия 2: Когда переключатель разомкнут 

Теперь переключатель находится в положении ВЫКЛ, ток через катушку индуктивности не проходит, катушка индуктивности действует как источник питания, а конденсатор также действует для сглаживания выходного сигнала. когда индуктор теряет энергию. Процесс повторяется, когда переключатель снова замыкается .

Мы можем получить любое выходное напряжение между 0 и входным напряжением, изменив рабочий цикл.

Понижающий преобразователь с таймером 555

Чтобы система работала в реальном мире, нам нужно включать и выключать переключатель намного быстрее, чем это может сделать человек. Поэтому для выполнения задачи используем генератор импульсов ШИМ и транзистор в качестве ключа. Микросхема таймера 555 в нестабильном режиме может использоваться для генерации ШИМ-выхода для нашей операции. IC 555 генерирует частоту около 30 кГц с помощью подключенных к нему пассивных и активных компонентов. Схема выводов NE555 приведена ниже.

Формула для расчета частоты ШИМ и рабочего цикла таймера 555

Для проектирования схемы мы использовали таймер IC 555 в нестабильном режиме. Здесь выходной импульс непрерывно переключается между высоким и низким состояниями. Чтобы изменить частоту колебаний, мы можем изменить значения цепи резисторов и конденсаторов (RC), связанных с таймером 555. Приведенные выше значения для нашей схемы были выбраны по формуле, написанной ниже:

  Время включения (сек) = 0,693 * (R1 + R2) * C 
  Время выключения (сек) = 0,693 * R2 * C 
  Частота = 1,44 / ((R1 + R2 + R2) * C) 
  Рабочий цикл D = PW/T   ,  

Здесь

D  – рабочий цикл,  PW  – общая ширина импульса (время активности импульса), а T  – период сигнала. , все номиналы резисторов указаны в Омах, а номиналы конденсаторов – в фарадах.

На приведенном выше изображении показана форма волны в различных рабочих циклах. Мы можем легко сказать, что более высокий рабочий цикл означает, что устройство находится под напряжением в течение более длительного времени.

555 Принципиальная схема понижающего регулятора на основе таймера

Я разработал грубую схему на бумаге и рассчитал компоненты на основе приведенных выше формул и выбрал компоненты на основе результата. Схема понижающего регулятора с использованием таймера 555 показана ниже:

Компоненты, необходимые для нашего проекта:

• 1 x NE555
• 1 x IRFZ44N – N-канальный МОП-транзистор
• 1 x 200 Ом, резистор
• 1 х 1 кОм, резистор
• 3 диода IN4001
• 1 x 100 нФ, конденсатор
• 1 х 1 нФ конденсатор
• 1 х 100k потенциометр
• 2 х 2-контактных разъема

В схеме используется микросхема 555 в качестве генератора ШИМ, поэтому вся схема основана на ней. Соединения всех 8 контактов указаны ниже.

• Контакт 1 подключается к шине заземления.
• Контакт 2 и контакт 6 с заземлением через конденсатор емкостью 1 нФ.
• Контакт 3 подключен к затвору мосфета. Этот вывод отправляет выход ШИМ на затвор MOSFET.
• Контакт 4 подключен к входной шине +ve.
• Контакт 5 соединен с землей конденсатором 100 нФ. Он помогает стабилизировать выходной сигнал и обеспечивает невосприимчивость к электрическим помехам.
• Контакт 7 подключен к входу +ve с резистором 1 кОм, а также подключен к схеме инвертированного диода.
• Контакт 8 подключен к шине +ve.

В приведенной выше схеме N-канальный МОП-транзистор IRFZ44N используется в качестве переключателя, управляемого слабым сигналом от IC 555. Сток этого МОП-транзистора обеспечивает отрицательное управление переключением схемы. Он имеет следующие характеристики.

• ВДСС = 55В
• RDS(вкл.) = 17,5 мОм
• ID = 49А

Сборка и тестирование нашей схемы понижающего регулятора

Я использовал KiCad для разработки схемы. На приложенном ниже изображении показан скриншот экрана KiCad. После разработки схем мы назначили правильные посадочные места для всех компонентов и расположили компоненты в редакторе печатных плат. После удовлетворительного расположения всех компонентов следующим шагом была распечатка проекта для травления печатной платы.

Изображение, приведенное ниже, показывает пошаговую иллюстрацию изготовления и тестирования печатной платы. Вы также можете прочитать статью о том, как сделать самодельные печатные платы, если вы заинтересованы в изготовлении этой печатной платы самостоятельно. Файл gerber, используемый в этом проекте, можно скачать ниже.

Gerber Link

Печать была перенесена на плакированную медью пластину с помощью горячего утюга, который оставил на пластине отпечаток контура, который был получен удалением бумаги с плакированной медью растворением ее в воде. Отпечаток остался на тарелке. Затем мы погрузили плату в раствор хлорида железа (порошок для травления печатных плат), который удалил излишки меди, и на плате остались только дорожки. Мы проверили непрерывность дорожки с помощью мультиметра, и когда все было удовлетворено, с помощью ручной дрели для печатных плат все отверстия были сделаны в требуемом положении.

Мы припаяли все компоненты на место и использовали светодиодную ленту на 12 В, чтобы увидеть продукт в действии. Для входа я использовал источник напряжения, выдающий на выходе постоянное 11В. Вращением потенциометра можно регулировать яркость светодиодной ленты.

Двигатель постоянного тока 12 В также был протестирован с установкой. Работа остается прежней, т. Е. Рабочий цикл изменяется путем регулировки входных сопротивлений, поэтому путем вращения потенциометра скорость двигателя постоянного тока была изменена, как показано на GIF ниже.

Итак, где вы можете использовать такой регулятор Buck?

Понижающие преобразователи используются во многих приложениях, где эффективность имеет первостепенное значение, некоторые приложения включают зарядные устройства для аккумуляторов, усилители мощности, квадрокоптеры, силовые агрегаты и зарядные устройства для аккумуляторов электромобилей, медицинские приложения, смартфоны, ноутбуки, а также используются в двигателях контроллеры и т. д.

Заключение 

Преобразователь на основе ИС 555 является одним из самых простых, но эффективных способов снижения сложности и стоимости вашего проекта при одновременном достижении высокой эффективности и увеличении срока службы ваших компонентов. Эта простая схема силовой электроники может понижать напряжение постоянного тока с эффективностью до 95% по сравнению с 40-60% КПД линейных регуляторов напряжения. Этот метод управления также полезен для управления скоростью двигателя и затемнения светодиодов, не влияя на срок их службы, что делает его очень универсальным вариантом управления напряжением для проектов электроники.

Если у вас есть какие-либо вопросы или сомнения относительно этой статьи, пожалуйста, не стесняйтесь использовать наш форум или вы можете оставить свои комментарии ниже.

Защита по напряжению с таймером 555 не работает

Задавать вопрос

спросил
2 года, 8 месяцев назад

Изменено
2 года, 8 месяцев назад

Просмотрено
187 раз

\$\начало группы\$

Брифинг

Я использую Multisim для моделирования схемы перед ее построением.

Схема защиты по напряжению с регулятором работает нормально, схема таймера тоже нормально работает отдельно. Когда я пытаюсь использовать выход схемы защиты в качестве входа для таймера, Multisim выдает ошибку.

Функциональность схемы

Когда вход подается на схему защиты по напряжению, только если вход равен или превышает 47 В, если он активируется и подает регулируемое напряжение 14,5 В, поступающее от U4, затем этот вход используется в качестве триггера для таймера. пока этот выход защиты по напряжению находится на высоком уровне, светодиод таймера активен, если схема защиты по напряжению становится низкой, таймер ждет несколько секунд, а затем выход становится низким.

Обратите внимание, все, как я сказал, работает, только защита по напряжению и таймер работают по назначению, но когда я пытаюсь объединить две схемы, происходит сбой.

Это схема защиты по напряжению:

Это схема таймера:

Это полная схема, когда я пытаюсь объединить

Это ошибка Multisim

• 555
• защита цепи
• multisim
• защита от перенапряжения
• защита от пониженного напряжения

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Входное напряжение (47 В) в LM675 не должно быть больше напряжения питания (14,5 В).