Electronic Design

Щоб зробити вибір центрального елемента безіндкутивного DC / DC перетворювача між двома загальнодоступними і пропонованими багатьма виробниками мікросхемами - таймера NE555 і аудіо підсилювача LM386 - потрібно розглянути їх основні характеристики і поведінку в типових схемах

 

Біполярна мікросхема таймера NE555 широко використовується в безіндуктивних DC / DC перетворювачах, найчастіше в схемах з подвоєнням або інвертуванням напруги. Однак є ще одна вельми популярна мікросхема - аудіо підсилювач LM386 , яка для такого додатка може бути навіть кращим рішенням. Зауважимо, що результати порівняння залежать від конкретного виробника цих мікросхем, пропонованих багатьма компаніями, а також від якості додаткових компонентів. (Для мінімізації втрат напруги ми будемо використовувати тільки діоди Шотткі).

Порівняння основних параметрів мікросхем NE555 і LM386

Повний діапазон напруг живлення NE555 становить 4.5 ... 16 В, але під час використання мікросхеми поблизу джерела максимальною напруги живлення у найбільш допустимому струмі 200 мА на високих робочих частотах можуть виникнути проблеми. У LM386N1 цей діапазон трохи вужчий - від 4 до 15 В (за робочого діапазону 4 ... 12 В), а для LM386N4 він визначений як 4 ... 22 В (робочий діапазон 5 ... 18 В). Таким чином, підсилювач LM386N4 має перевагу перед таймером NE555, оскільки може працювати за більш високих напругах живлення. Власний типовий струм споживання NE555 зазвичай дорівнює 3 мА (максимальний - 6 мА), а у LM386 - 4 мА (не більше 8 мА), що дає NE555 невелику перевагу.

Зазначений в документації максимальний вихідний струм NE555 дорівнює 200 мА, але падіння напруги на вихідних транзисторах зі струмом ± 100 мА вже досягає приблизно 2 В, що ставить під питання можливість використання цієї мікросхеми за більших струмах. Максимальний вихідний струм LM386 НЕ специфікований, але він набагато вищий, ніж у таймера NE555, оскільки типова вихідна потужність, що віддається LM386N1 в навантаження 8 Ом з напругою живлення V CC = 9 В дорівнює 0.7 Вт, а LM386N4 - 1 Вт з напругою живлення 16 В і опором навантаження 32 Ом. (Ці результати базуються на класичних формулах для підсилювачів класу АВ, в яких використовуються повний розмах вихідної напруги і пікове значення вихідного струму).

Максимальна потужність, що розсіюється мікросхемою NE555 в корпусі DIP8, дорівнює всього 600 мВт, в той час як той же параметр для LM386 становить 1.25 Вт, що значно більше в порівнянні з таймером. Максимальна температура переходу NE555 в довідкових даних явно не вказана, а для LM386 цей параметр становить 150 ° C. Тепловий опір перехід-корпус для LM386 рівне 37 ° C / Вт, а за таймером NE555 інформація відсутня.

У наших тестах ми будемо використовувати напругу живлення 10 В. У зв'язку з тим, що аналіз цих мікросхем якщо використовувати в якості DC / DC перетворювачів буде проводитися на частоті близько 25 кГц (Т = 40 мкс), яка значно нижча максимально можливої робочої частоти, немає необхідності порівняння швидкостей перемикання, часу наростання і інших параметрів, пов'язаних з частотою. Як правило, ці мікросхеми краще використовувати на частотах, що не перевищують 50 кГц (Т = 20 мс).

Точки А і В на схемах з підсилювачем LM386 можуть використовуватися для зупинки генерації елементами з відкритими колекторами або відкритими стоками. Для мікросхеми NE555 цю ж функцію виконує вхід / RES. Для вимірювання вихідного струму послідовно з виходами мікросхем потрібно включити резистор 1 Ом. Це дозволить спостерігати форму струму на екрані осцилографа. Номінальна потужність всіх резисторів в схемах дорівнює 0.25 Вт, а точність - ± 5%; всі конденсатори керамічні з робочою напругою 30 В і допустимими відхиленнями ємності ± 10%.

Порівняння різних топологій перетворювачів

Подвоєння позитивного напруги живлення

На малюнку 1а представлений перетворювач - подвоювач, в якому використовується простий генератор з тригером Шмітта. Частота залежить, перш за все, від вибору номіналу елементів R1 та С1, і незначно залежить від навантаження. Тут дуже важливо забезпечити по можливості однакові тривалості на півперіодів, які генерується таймером сигналу. (Є чимало інших схем генераторів, що використовують NE555, але від вибору варіанта схеми вихідні напруги перетворювача залежать незначно). Перетворювач на основі LM386 зображений на малюнку 1б.

а) NE555

б)LM386


Малюнок 1. У Подвоювач позитивної напруги на основі NE555 (а) і LM386 (б) використовується практично однакова кількість однотипних пасивних компонентів.

В Таблиці 1 порівнюються вихідні напруги перетворювачів за різних опорах навантаження. Перетворювач з мікросхемою LM386 віддає більші напруги за більших струмах навантаження. Це очікуваний результат, оскільки вихідний каскад LM386 розрахований на більший струм і має менше падіння напруги на транзисторах.

Таблиця 1. Порівняння вихідних напруг перетворювачів.

Таймер NE555 Аудіо підсилювач LM386
+ V OUT R LOAD I LOAD + V OUT R LOAD I LOAD
+18.6 В Без нагр. 0 мА +18.6 В Без нагр. 0 мА
+17.7 В 1 кОм 17.7 мА +17.9 В 1 кОм 17.9 мА
+16.7 В 470 Ом 35.5 мА +17.7 В 470 Ом 37.7 мА
+15.6 В * 235 Ом * 66 мА * +17.4 В 235 Ом 74 мА
+15.3 В 156 Ом * 98 мА * +17.1 В 156 Ом 110 мА

* NE555 починає перегріватися, і вимір температури стає неможливим; в той час як LM386 не перегрівається.

Тут, і в наступній таблиці:
+ V OUT - вихідна напруга,
R LOAD - опір навантаження,
I LOAD - струм навантаження.

Інвертування позитивної напруги живлення

а) Мікросхеми NE555


б)Мікросхеми LM386

Малюнок 2. Мікросхеми NE555 (а) і LM386 (б) за невеликих змін в схемах можуть використовуватися для інвертування напруги позитивної шини.

У Таблиці 2 за різними опорами навантаження зіставляються вихідні напруги двох схем, які інвертують позитивну напругу живлення, - на основі NE555 (Малюнок 2а) і LM386 (Малюнок 2б). І знову перетворювач з аудіо підсилювачем LM386 може віддати в навантаження більше енергії, що є наслідком кращих навантажувальних характеристик його вихідного каскаду.

Таблиця 2. Порівняння перетворювачів, які інвертують позитивну напругу живлення.

таймер NE555 Аудіо підсилювач LM386
+ V OUT R LOAD I LOAD + V OUT R LOAD I LOAD
-8.1 В Без нагр. 0 мА -8.7 В Без нагр. 0 мА
-7.9 В 1 кОм -7.9 мА -8.0 В 1 кОм -8 мА
-7.7 В 500 Ом -15.4 мА -7.9 В 500 Ом -15.8 мА
-5.8 В 100 Ом -58 мА -7.35 В 100 Ом -73.5 мА
-4.8 В 40 Ом * -120 МА * -6.4 В 40 Ом -160 мА
-3.5 В 20 Ом * -175 МА * -4.24 В 20 Ом -212 мА

* NE555 починає перегріватися, і вимір температури стає неможливим; в той час як LM386 не перегрівається.

Подвоєння і інвертування позитивного напруги живлення

Ми можемо об'єднати дві попередні схеми перетворювачів в одну, що виробляє дві вихідні напруги: одна позитивна з більш високим рівнем, ніж напруга живлення V CC , а друга - негативний. На малюнку 3а показаний такий DC / DC перетворювач на основі NE555, а на малюнку 3б - на основі LM386. Схема з таймером NE555 віддає в навантаження менший струм і меншу потужність, ніж схема, яка використовує LM386.


а) Fig 3a Rus


б)Fig 3b Rus


Малюнок 3. Зроблена на NE555 (а) або LM386 (б) схеми подвійників і інверторів можна об'єднати, щоб отримати схеми, які виконують відразу обидві функції .

Висновок

Підводячи підсумок, можна сказати, що обидві популярні біполярні 8-вивідні мікросхеми таймера NE555 і малопотужного аудіо підсилювача LM386 можуть використовуватися в якості основи безіндуктивних DC / DC перетворювачів. LM386 має деякі переваги перед NE555, але остаточний вибір може залежати від факторів, які тут не досліджувалися.