Схемы импульсных источников питания: Страница не найдена — Электрознаток

Содержание

Схемотехника современных мощных источников питания

Введение

В последние годы на российском рынке силовой электроники появилось большое количество модульных вторичных источников питания как зарубежного, так и отечественного производства, которые позиционируются для применения в высоконадежных системах, таких как телекоммуникационное оборудование и аппаратура промышленной автоматики. Однако на практике зачастую оказывается, что эти изделия не отвечают современным требованиям надежности, а уровень схемотехнических решений находится на рубеже конца 80-х годов прошлого века. Это во многом объясняется спецификой нашего рынка: потребителю часто трудно понять, почему казалось бы похожие по электрическим характеристикам изделия разных фирм отличаются по цене в 2-4 раза. Ответ на это вопрос он получает в первый год эксплуатации, когда появляется первая статистика отказов оборудования. В данной статье мы рассмотрим основные схемотехнические решения и сравним их эффективность с точки зрения минимизации потерь и увеличения надежности.

 

Структурная схема вторичных источников питания

Обобщенная структурная схема вторичных источников питания мощностью 500-2500 Вт, включающая в себя стандартный набор функциональных узлов, приведена на рис. 1. Каждый из этих узлов может быть реализован на основе различных схемных решений, что в итоге и будет определять как эффективность устройства, так и его надежность.

Рис. 1.

Вторичный источник питания содержит следующие основные узлы: входной сетевой фильтр, корректор коэффициента мощности (ККМ), инвертор, преобразующий постоянное напряжение с выхода ККМ в переменное на частоте преобразования, силовой трансформатор, выпрямитель, выходной фильтр, схему управления и дежурный источник питания, вырабатывающий ряд напряжений для питания остальных элементов схемы. Некоторые производители с целью экономии не используют отдельный источник для питания внутренних цепей, вместо этого реализуют схему питания от дополнительных обмоток дросселя ККМ или силового трансформатора. Несмотря на кажущееся усложнение вторичных источников питания при питании его узлов от дополнительного источника, такое решение повышает надежность, поскольку система сохраняет управляемость в случае аварийных ситуаций в нагрузке или ККМ.

Хотя каждый из узлов вторичных источников питания, приведенных на рис. 1, вносит свой вклад в общие потери мощности, схемотехническое повышение эффективности возможно лишь в трех из них: ККМ, инвертор, выпрямитель. Снижение потерь в фильтрах и силовом трансформаторе относится больше к конструктивным решениям.

Рассмотрим варианты построения указанных узлов вторичных источников питания и проанализируем их эффективность с точки зрения потерь, стоимости и габаритов. В расчетах для примера будем рассматривать устройство со следующими параметрами:

  • мощность нагрузки 1000 Вт;
  • выходное напряжение 50 В;
  • ток нагрузки до 20 А;
  • первичное питание — однофазная сеть 220 В ±20%.

Корректор коэффициента мощности

Современные требования к уровню электромагнитных помех и гармоническому составу тока первичной сети требуют использования активной коррекции коэффициента мощности в источниках питания с преобразованием частоты.

Наибольшее распространение получили ККМ по схеме повышающего ШИМ-преобразователя (рис. 2) благодаря относительно низким потерям и простоте обеспечения постоянного потребления тока. Управление широтноимпульсным модулятором осуществляется сигналом, формируемым схемой управления таким образом, чтобы потребляемый ток по форме совпадал с выпрямленным напряжением.

Рис. 2.

Различают три основных метода управления ККМ: метод разрывных токов и его разновидность — «граничное» управление; метод управления по пиковому значению тока и управление по среднему значению тока [1]. Первые два метода применяются в ККМ малой и средней мощности (до 300 Вт) из-за большой амплитуды пульсаций тока, значительных электромагнитных помех, необходимости установки громоздких сетевых фильтров и невысокой точности коррекции [2]. Корректоры коэффициента мощности с управлением по среднему току свободны от указанных недостатков. Как правило, пиковое значение пульсаций тока дросселя выбирают в пределах 20% от среднего значения, а схема обратной связи по току имеет низкое усиление на частоте преобразования, что значительно повышает помехоустойчивость ККМ и точность отслеживания формы сигнала.

Существует три принципиальных подхода к реализации ККМ с управлением по среднему току: использование классической схемы, использование схемы с переключением транзистора при нулевом напряжении (квазирезонансный ККМ, рис. 3) и применение карбид-кремниевого или арсенид-галлиевого диода Шоттки в классической схеме. Методика расчета потерь в каждом из вариантов схем ККМ приведена в одной из предыдущих публикаций автора [3]. На рис. 4 показана типовая диаграмма распределения потерь в активных компонентах схемы. Как видно из рисунка, наибольшая рассеиваемая мощность приходится на ключевой транзистор и диод. Потери в сетевом мостовом выпрямителе трудно поддаются снижению, уменьшение их за счет применения более мощных диодов не всегда оправдано, так как влечет за собой неадекватное увеличение габаритов и стоимости.

Рис. 3.

Рис. 4.

В классической схеме ККМ от 70 до 90% мощности рассеивания на ключевом транзисторе и кремниевом бустерном диоде приходится на динамические потери, из них почти 50% обусловлены эффектом обратного восстановления диода [3].

В отличие от кремниевых p-n диодов, выключение p-i-n диодов Шоттки не сопровождается процессом рассасывания заряда в n-области и ток обратного восстановления отсутствует. Существует лишь незначительный ток заряда емкости перехода, который не зависит от температуры и di/dt [3].

На рис. 5 показаны диаграммы распределения полной мощности потерь в диодах и ключевом транзисторе для трех типов полупроводников. Как следует из рисунка, простая замена кремниевого Ultra Fast диода на SiC-диод Шоттки Zero Recovery (Cree) позволяет снизить тепловую нагрузку почти вдвое. Применение GaAs диодов Шоттки дает выигрыш менее 20%. Это обусловлено тем, что GaAs не является полупроводником с большой шириной энергетической запрещенной зоны, поэтому максимальное напряжение, на которое может быть рассчитан диод, не превышает 300 В. Для получения 600-вольтовых приборов производители соединяют внутри корпуса последовательно два кристалла, что является причиной чрезвычайно большого прямого падения напряжения.

Вследствие этого динамические потери снижаются, а статические резко возрастают.

Рис. 5.

Рис. 6.

Альтернативным решением является применение схемы с переключением транзистора при нулевом напряжении, упрощенная структурная схема которой показана на рис. 3. Управление такой схемой может быть реализовано на базе стандартного контроллера, например, UC2855A. У схемы имеется ряд существенных недостатков, один из которых — возникновение переходного процесса с удвоенной амплитудой отрицательной полярности, что приводит к трехкратному перенапряжению на VD3. Для устранения выбросов применяют одну из снабберных цепей — либо последовательную VD4-Rсн, как показано на рис. 3, либо последовательно с L2 включают насыщающийся дроссель. В последнем случае в сердечнике дросселя выделяется значительная мощность, что заставляет либо отводить от него тепло, либо использовать сердечник больших размеров. Это значительно снижает эффективность такой схемы.

На рис. 6 приведена диаграмма суммарных потерь и ориентировочная стоимость основных активных компонентов для трех рассмотренных вариантов ККМ. Наименьшие потери обеспечивает классическая схема корректора с SiC-диодом Шоттки Zero Recovery (Cree). Квазирезонансная схема имеет на 30% больше потерь, при этом содержит в три раза больше активных компонентов, является наиболее дорогой и наименее надежной.

Таким образом, использование качественных стандартных контроллеров с управлением по среднему току в сочетании с SiC-диодом Шоттки и современным MOSFET с малым Rds on позволяет строить недорогие надежные и эффективные ККМ для рассматриваемого класса вторичных источников питания.

2.2. Преобразователь напряжения

Как и в случае с ККМ, существует три принципиальных подхода к реализации преобразователя напряжения: классический ШИМ с жестким переключением, квазирезонансный с фазовым управлением и резонансный с частотным регулированием.

Классический ШИМ-преобразователь (рис. 7) является наиболее простым и наименее эффективным. Транзисторы переключаются в жестком режиме, а при емкостном характере нагрузки выпрямителя — еще и при максимальном токе. Поскольку в схеме всегда присутствует паразитная последовательная индуктивность, включающая в себя индуктивность рассеивания силового трансформатора и монтажа, заряд выходной емкости транзисторов сопровождается выбросами напряжения, что требует установки снабберных цепей и приводит к дополнительным потерям. Если энергия, запасаемая в паразитных реактивностях, достаточно велика, существует опасность отпирания встроенных антипараллельных диодов ключевых MOSFET, что приводит к дополнительным потерям при их обратном восстановлении [4]. В общем случае, суммарные потери в ключах определяются выражением:

где Isw — ток, протекающий через транзистор, Ron — сопротивление MOSFET в открытом состоянии, tr, tf— время нарастания и спада тока через транзистор, fs — частота преобразования, C22 — выходная емкость транзистора, V0 — напряжение питания, Qrr— заряд обратного восстановления антипараллельного диода.

Рис. 7.

Использование схемотехники квазирезонансного (рис. 8) или резонансного (рис. 9) переключения направлено на устранение в формуле (1) всех слагаемых, начиная со второго. Это достигается за счет уменьшения напряжения на ключевом транзисторе до нуля к моменту его открывания. Принципиальная разница состоит в том, что в квазирезонансном инверторе контур, формирующий траекторию переключения транзисторов, напрямую не участвует в процессе передачи энергии в нагрузку. В резонансном преобразователе формирующий контур является аккумулятором энергии, часть которой передается в нагрузку, а часть свободно циркулирует. Необходимым условием реализации режима резонансного переключения является наличие достаточной энергии, запасаемой в индуктивности формирующего контура к моменту переключения транзисторов инвертора:

Рис. 8.

Рис. 9.

Ток isw в квазирезонансном преобразователе прямо пропорционален току нагрузки вторичного источника питания, поэтому, начиная с некоторого минимального значения тока, условие (2) перестает выполняться и преобразователь переходит в режим жесткого переключения.

В резонансном преобразователе ток isw равен контурному току и практически не зависит от величины нагрузки, что позволяет сохранить режим «мягкого» переключения даже на холостом ходу [5].

Принципиально отличаются и способы регулировки выходного напряжения вторичных источников питания. В квазирезонансном источнике питания применимо фазовое управление ключами [6], что позволяет осуществить регулировку методом ШИМ. В резонансном инверторе возможна только частотная регулировка. На рис. 10, 11 показаны графики типовых АЧХ и ФЧХ резонансного преобразователя. Из графиков можно сделать два принципиальных вывода: во-первых, для реализации резонансного переключения необходима работа на частоте выше резонансной, поскольку формирующий контур должен иметь индуктивное сопротивление; во-вторых, минимальная частота должна быть ограничена точкой максимума АЧХ (точка A рис. 10), поскольку ниже этой частоты теряется управляемость инвертором. На практике рабочую точку выбирают ниже максимума АЧХ, исходя из фиксированного коэффициента передачи контура (пунктирная линия, точка B).

Рис. 10.

Рис. 11.

Недостатком резонансного метода является снижение КПД при уменьшении нагрузки, поскольку потери в инверторе обусловлены контурным током, который практически не зависит от нагрузки. В квазирезонансном преобразователе КПД на холостом ходу тоже уменьшается, но из-за перехода инвертора в жесткий режим переключения. Поэтому по величине потерь оба варианта почти эквивалентны, однако по надежности, управляемости, простоте реализации и уровню электромагнитных помех резонансный преобразователь оказывается значительно эффективнее, чем ШИМ-ZVS. На рис. 12 показана диаграмма потерь в ключах при максимальной нагрузке для трех рассмотренных вариантов построения инверторов. Резонансный метод имеет несколько большие статические потери, чем ШИМ-ZVS. Они обусловлены большей величиной контурного тока, протекающего через транзисторы. В то же время оба метода позволяют снизить потери в ключах по сравнению с традиционным ШИМ почти на порядок.

Рис. 12.

Для реализации всех рассмотренных методов производятся стандартные контроллеры, обеспечивающие все необходимые функции управления.

Выходной выпрямитель

При разработке этой части схемы можно рассматривать два варианта: стандартный двухполупериодный выпрямитель на диодах Шоттки и синхронный выпрямитель на MOSFET с малым Rds on. В рассматриваемых вторичных источниках питания с относительно низкими выходными напряжениями (до 80 В) и большими токами определяющую роль играют статические потери. В таблице приведены типовые характеристики прямой проводимости современных диодов Шоттки и низковольтных MOSFET, а также максимальное выходное напряжение источника питания при использовании схемы выпрямления со средней точкой. На рис. 13 приведены зависимости прямых потерь в выпрямителях на диодах Шоттки и низковольтных MOSFET от тока нагрузки для различных выходных напряжений вторичных источников питания. Как следует из рисунка, при выходном напряжении 80 В выигрыш от применения синхронного выпрямления наблюдается при токе до 30 А, а при выходном напряжении до 16 В — более 100 А.

Рис. 13.

Таблица.

Реализация схем синхронного выпрямления зависит от типа инвертора. В случае инверторов ШИМ и ШИМ-ZVS достаточно обеспечить подачу импульсов управления на затворы транзисторов выпрямителя, по длительности и фазе синхронизированных с импульсами на затворах соответствующих транзисторов инвертора. Такой принцип реализован в стандартных контроллерах, совмещающих в себе ШИМ-ZVS и схему управления синхронным выпрямителем, например ISL6752 (Intersil).

Синхронное выпрямление в источниках питания с резонансным преобразователем реализуется несколько сложнее. Это связано с тем, что между моментами переключения транзисторов инвертора и синусоидальным выходным напряжением существует значительный фазовый сдвиг (рис. 11), который зависит от нагрузки (точнее, от частоты преобразования, которая изменяется при изменении нагрузки или при регулировке напряжения). Поэтому требуется синхронизировать схему выпрямления непосредственно от выходного напряжения вторичной обмотки силового трансформатора. Один из вариантов принципиальной схемы такого синхронного выпрямителя показан на рис. 14. Поскольку схема питается от собственного выхода, она может быть использована в источниках питания с выходным напряжением более 15 В, что обусловлено необходимостью обеспечения требуемого уровня сигнала на затворах силовых транзисторов VT4, VT5. Напряжения питания обеспечивают линейные стабилизаторы на элементах VT1, VD1, R1, C1 (+15 В) и микросхеме DA1 (+5 В). На компараторах DA2, DA3 выполнены формирователи сигналов управления ключами. Для устранения гистерезиса в момент перехода напряжения через ноль в качестве опорного используется сигнал, отличный от нуля. Он формируется цепью R4, VD6, VD7. Величина опорного напряжения должна быть ниже прямого падения на встроенных диодах транзисторов VT4, VT5, чтобы не допускать их отпирания. На транзисторах VT2, VT3 собрана схема блокировки, предотвращающая одновременное открывание силовых транзисторов. Управление затворами VT4, VT5 осуществляется с помощью драйверов DA4, DA5. В источниках питания с выходным напряжением 60 В и током 20 А схема обеспечивает снижение потерь почти в 4 раза по сравнению с выпрямителем на диодах Шоттки, при этом занимает на печатной плате менее 9 см2 (рис. 15, транзисторы VT4, VT5 расположены на другой стороне платы под схемой управления).

Рис. 14.

 

Рис. 15.

 

Результаты

У читателя возникает резонный вопрос: «Что же можно в итоге получить от схемотехнических «ухищрений», и на сколько возрастет стоимость конечного изделия?». Попробуем на него ответить.

Корректор коэффициента мощности

Как следует из рис. 6, оптимальным вариантом можно считать классическую схему с SiC-диодом Шоттки Zero Recovery (Cree). Во-первых, можно использовать стандартный контроллер с управлением по среднему току. Во-вторых, значительное снижение тепловой нагрузки на силовые компоненты повышает надежность ККМ, что особенно важно в необслуживаемой аппаратуре. Следовательно, увеличение стоимости в основном определяется SiC-диодом Шоттки. Например, если вместо 15ETH06 (IR, ~$1) использовать CSD10060A (Cree, ~$9), то разница в стоимости составит всего $8.

Преобразователь

Возможность использования стандартного контроллера с частотным управлением для реализации резонансного преобразователя позволяет утверждать, что его стоимость практически эквивалентна стоимости классического ШИМ, также выполненного на базе стандартного контроллера. Дополнительные компоненты формирующего контура компенсируются отсутствием элементов снабберных цепей. При этом радикальное снижение тепловой нагрузки и отсутствие стрессовых коммутационных переходных процессов значительно повышают надежность этого узла вторичного источника питания.

Выпрямитель

Выбор схемы выпрямления в первую очередь определяется выходными параметрами вторичных источников питания. Если при требуемых напряжении и токе возможен значительный выигрыш при использовании синхронного выпрямления (рис. 13), то следует отдать предпочтение ему.

Стоимость компонентов схемы, приведенной на рис. 14, составляет около $20, диода Шоттки — около $3, а соотношение потерь — 1:4.

Рис. 16.

В заключение приведем графики зависимости КПД от мощности вторичного источника питания с выходным напряжением 60 В (рис. 16), построенных с использованием различных схемотехнических решений (без учета потерь в силовом трансформаторе и дросселе ККМ). Как видно из рисунка, хорошая схемотехника дает выигрыш 7-10%, а это около 80 Вт тепла на 1 кВт полезной мощности. Воспользоваться им можно по-разному: уменьшить габариты, отказаться от принудительного охлаждения, снизить тепловую нагрузку на силовые приборы для увеличения надежности и т. п. Цена такого увеличения эффективности ничтожна по сравнению с преимуществами, которые оно дает.

1.1. Структурные схемы импульсных источников питания

Читайте также

Приложение 2 Перечень источников, использованных автором

Приложение 2 Перечень источников, использованных автором 1.  Продольные аэродинамические нагрузки, действующие на корпус дирижабля (статья инж. К. К. Федяевского, Центральный аэрогидродинамический институт) Журнал «Техника воздушного флота» № 3, 1931 г. 2. Ричмонд,

Список использованной литературы и некоторых источников

Список использованной литературы и некоторых источников 1. В. Д. Мостовенко, «Танки» (Очерк из истории зарождения и развития бронетанковой техники), Военное издательство Министерства Обороны СССР, Москва, 1955 г.2. М. Барятинский, М.Коломиеи «БронеавтомобилиРусской армии»3.

3.4. Универсальные светодиодные индикаторы токовой перегрузки для источников питания

3.4. Универсальные светодиодные индикаторы токовой перегрузки для источников питания Превышение выходного тока в источниках питания свидетельствует об увеличении потребляемой мощности в устройстве нагрузки. Иногда потребляемый ток в нагрузке (из-за неисправности

5.15. Подготовка совещания. Кривые пути электронов и тупики источников направленного РЧЭМИ

5.15. Подготовка совещания. Кривые пути электронов и тупики источников направленного РЧЭМИ 14 июня 1991 года в ЦНИИХМ предстояло провести совещание по проблемам разработки электромагнитного оружия. Такой шанс не следовало упускать. За несколько недель перед совещанием,

Список источников

Список источников Сборники опубликованных документовАтомный проект СССР. Документы и материалы. В 3 т.Т. 1.1938-1945. В 2 ч. Ч. 1. М.( 1998.Атомный проект СССР. Документы и материалы. В 3 т.Т. 1.1938-1945: в 2 ч. Ч. 2. М., 2002.Смит Г.Д. Атомная энергия для военных целей. М., 1946. Тесла Н. Статьи. Самара.

2.13. Структурные и функциональные схемы

2.13. Структурные и функциональные схемы На структурной схеме кибернетической системы указывается, из каких подсистем состоит данная система. Часто указывается также, как направлены потоки информации между подсистемами. Тогда структурная схема превращается в граф. В

Перечень использованных источников РГА ВМФ

Перечень использованных источников РГА ВМФ 1. ф. 90,оп.5,д. 2101,2109, 2203,2327,23,77.2. ф. 410, оп. 2, д. 5109,5859, 6328,6359,6457.3. ф. 417, оп. 1,д. 134,766, 1208, 1436, 1474, 1595,1657.4. ф. 421, on. 1, д. 5, 747, 765, 913,995, 1036, 1050, 1190.1446, 1743, оп. 2, д. 489, 533, 551, 583,584, 637, 679, 1072, 1535, 1613, оп. 3, д. 83,125,136, 153, 352, 353, 365, 361, 584, 639, 745, 874, оп. 4, д. 701, 802, 928, оп. 5, д. 2101,

Глава 2 К вопросу о теории источников энергии, не требующих топлива

Глава 2 К вопросу о теории источников энергии, не требующих топлива Использование ископаемого топлива основано только на нашем незнании. К.Э. Циолковский Начнем с того, что мы находимся на позициях здравого смысла, то есть, понимаем, что «нечто» не может возникнуть из

Глава 1 Введение в схемотехнику импульсных источников питания

Глава 1 Введение в схемотехнику импульсных источников питания Каждое электронное устройство оснащено источником вторичного электропитания. Специфика исполнения источника и его технические параметры определяются общесистемными требованиями к устройству в целом и

1.

2. Принципы построения бестрансформаторных источников питания

1.2. Принципы построения бестрансформаторных источников питания Прежде чем перейти к обсуждению практических схем источников питания рассмотрим несколько возможных вариантов построения отдельных функциональных узлов импульсных источников питания. Это позволит

Ил-18 Схемы

Ил-18 Схемы Прототип Ил-18 "Москва" (СССР-Л5811) с двигателями НК-4Отличительные особенности: длина фюзеляжа 35,7 м, симметричное расположение иллюминаторов левого и правого бортов, отсутствие защитной пластины на фюзеляже в зоне винтов. Первые серийные Ил-18А с двигателями

СХЕМЫ Бе-103

СХЕМЫ Бе-103 М 1:48Андрей Сальников, Дмитрий Кусачев Длина (с РЛС), м 10,65 (10,863)Высота, м 3,757Размах крыла, м 12,72Площадь крыла, м? 25,1Максимальный взлетный вес, кг 2270Вес пустого снаряженного, кг 1760Максимальный запас топлива, кг 245Максимальная полезная нагрузка, кг 385Силовая

СХЕМЫ

СХЕМЫ Микоян Гуревич МиГ25 Первый прототип перехватчика Е-155П-1 Второй прототип перехватчика Е-155П-2 Пятый прототип перехватчика Е-155П-5 МиГ-25П первой серии (1970) МиГ-25П (1975) МиГ-25М с двигателями Р-15БФ2-300 МиГ-25 с двигателями Д-30Ф МиГ-25ПД (1981) МиГ-25ПДС (1980) МиГ-25ПДЗ с системой

10.

КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ

10. КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ Цель: ознакомиться с основными понятиями культуры и режима питанияКультура питания – это знание:• основ правильного питания;• свойств продуктов и их воздействия на организм, умение их правильно выбирать и

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Дамодаран, Ш. Химия пищевых продуктов / Ш. Дамодаран, К. ЛПаркин, О. Р. Феннема (ред. – сост.). – Перев. с англ. – СПб.: ИД «Профессия», 2012 – 1040 с.2. Дроздова, Т. М. Физиология питания: Учебник / Т. М. Дроздова, П. Е. Влощинский, В. М.

Самодельный импульсный блок питания 12В 400Вт на IR2153

Иногда в нашей практике бывает необходим довольно мощный нестабилизированный источник постоянного напряжения. От такого источника можно запитать например подогреваемый столик 3D принтера, батарейный шуруповерт или даже мощный усилитель НЧ класса D (в этом случае ИБП стоит оборудовать дополнительным фильтром для уменьшения высокочастотных помех). В случае изготовления источника питания, рассчитанного на мощности 200 — 500 вт дешевле пойти по пути изготовления импульсного источника, так как сетевой трансформатор 50 Гц на такую мощность будет довольно дорог и очень тяжел.

Проще всего такой источник питания собрать по полумостовой схеме на основе драйвера IR2153. Эта микросхема обычно используется в качественных драйверах (электронных балластах) люминесцентных ламп.

Принципиальная схема импульсного блока питания на IR2153

Сетевое напряжение 220В поступает на выпрямитель (диодный мост) через сетевой фильтр на элементах C1, C2, C3, C4, L1. Этот фильтр предотвращает проникновение высокочастотных помех от блока питания в электросеть. Термистор на входе устройства уменьшает бросок тока через диодный мост в момент включения блока питания в сеть, когда происходит заряд конденсаторов C5 и C6.

Катушку сетевого фильтра L1, термистор и конденсаторы C5 и C6 можно извлечь из старого компьютерного блока питания. импульсный силовой трансформатор Т1 придется намотать самостоятельно. Сердечник трансформатора берем также из старого компьютерного блока. Нужно разобрать трансформатор. Для этот помещаем трансформатор в емкость с водой (банку, кастрюльку) так, чтобы он был полностью погружен в жидкость. Ставим ескость на плиту и кипятим примерно полчаса. После этого сливаем воду, извлекаем трансформатор и пока он горячий, пытаемся аккуратно разобрать сердечник. Сматываем с каркаса все заводские обмотки и наматываем новые. Первичная обмотка содержит 40 витков провода диаметром 0.8мм. Вторичная обмотка содержит 2 части по 3 витка и намотана «косой» из 7 проводов того же провода диаметром 0.8мм.

Импульсный трансформатор от компьютерного блока питания

Резистор R2 в цепи питания микросхемы должен быть мощностью не менее 2 W и в процессе работы он будет слегка нагреваться. Это нормально. Диодный мост выпрямителя сетевого напряжения можно составить из четырех диодов 1N5408 (3А 1000В). Транзисторы IRF840 нужно установить на радиатор через изолирующие прокладки. желательно установить в корпусе блока питания небольшой вентилятор для охлаждения этих транзисторов и других элементов схемы.

Первое включение блока питания в сеть нужно производить через лампу накаливания мощностью 100вт, включенную последовательно с предохранителем FU1. В момент включения в сель лампа может вспыхнуть, затем она должна погаснуть. Если лампа светится постоянно, это означает что с блоком проблемы — короткое замыкание в монтаже или неисправность компонентом. В этом случае включать блок в сеть напрямую без лампы накаливания нельзя. Нужно найти причину неисправности.

Показы статьи: 274 Посещений сайта: 30672

Радиосхемы. - Источники питания

Раздел

Схемы блоков питания, теория построения источников питания

Для любой аппаратуры требуется электропитание.

В некоторых случаях электроэнергию можно получить от электрохимических источников (батареек или аккумуляторов), но это когда речь идет о носимых устройствах, но на практике мы чаще всего используем промышленную сеть 220 Вольт, и вот здесь возникает целый ряд вопросов: ведь это напряжение необходимо преобразовывать: уменьшить (а иногда и увеличить), выпрямить, стабилизировать и так далее...

Устройства, которые преобразовывают электроэнергию принять называть вторичными источниками питания или просто блок питания (под понятием "первичный источник питания" подразумеваются химические источники) или просто блок питания, и именно блокам питания и посвящен данный раздел: здесь Вы сможете ознакомиться с теорией построения блоков питания, а также найдете различные схемы блоков питания.

Теория построения блоков питания

Параметрический стабилизатор
Компенсационный стабилизатор
Специализированные микросхемы стабилизаторов напряжения
Умножитель напряжения
Устройство импульсного источника питания
Защита стабилизаторов от перегрева
Транзисторные стабилизаторы с защитой от перегрузки (теория)

Практические схемы источников питания

Электронный ЛАТР
Регулятор температуры паяльника
Стабилизатор температуры паяльника
Стабилизированный Блок питания на 35 Вольт
Стабилизатор напряжения с защитой 13V/10A
Зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов
Безтрансформаторный преобразователь напряжения
Бестрансформаторный удвоитель напряжения для малогабаритных устройств
Регулируемый источник питания 1...29V, 2A
Блок питания 13V, 20A
Схемы стабилизированных блоков питания
Блоки питания с регулировкой
Простой регулятор мощности


Блок питания с регулировкой напряжения и тока
Стабилизатор напряжения 0...25V с защитой по току
Зарядное устройство из компьютерного блока питания
Блок питания на 3V
Блок питания 13V, 20A на микросхеме серии КРЕН
Как увеличить мощность КРЕНки до 20 Ампер
Еще раз об увеличении мощности КРЕН8А
Импульсный блок питания для усилителя
Преобразователь напряжения 12-220V
Преобразователь 12V-220V на трансформаторе от компьютерного блока питания
Импульсные преобразователи напряжения
Электронный предохранитель
Устройство защиты радиоаппаратуры от повышенного и пониженного напряжения
Самодельный бесперебойник
Компьютерный блок питания в радиолюбительских конструкциях
Регуляторы напряжения с компаратором
Регуляторы постоянного напряжения на таймере 555
Регуляторы постоянного напряжения на ждущих мультивибраторах и и счетчиках
ШИМ-регулятор на простой логике
ШИМ-регулятор на операционном усилителе
Блок питания для цифровых и аналоговых микросхем
Преобразователь для питания варикапа
Стабилизатор с защитой от КЗ
Дополнительная цепь к регулируемому стабилизатору с цель защиты
Стабилизатор с установкой порогового тока для защиты
Электронно-механическое устройство защиты от перегрузки
Защита от перегрузки по току с использованием динисторного оптрона
Светодиодные индикаторы перегрузки по току
Электронный предохранитель до 10 Ампер
Схемы защиты устройств от всплесков тока и напряжения
Устройство защиты галогенных ламп
Аварийная защита низковольтной аппаратуры
Ограничитель пускового тока
Преобразователь напряжения 12В-220В для электробритвы
Звуковой сигнализатор перегрузки блока питания
Самовосстанавливающийся предохранитель на 12 Вольт
Регулируемый электронный предохранитель
Защита блока питания от КЗ
Стабилизатор напряжения К142ЕН2 и его применение
Мощный стабилизированный инвертор 24- 220 Вольт
Высоковольтный преобразователь напряжения
Преобразователи напряжения из 4,5В в двуполярное 15В
Преобразователь сетевого напряжения в трехфазное
Мощный двухполярный источник питания для лабораторных целей
Источник питания с регулировкой полярности
Зарядное устройство с цифровыми микросхемами
Не сложный импульсный стабилизатор
Транзисторный стабилизатор 9V с системой защиты
Стабилизатор переменного напряжения
Сигнализаторы разряда элементов питания
Стабилизатор напряжения на микросхеме К142ЕН2
Стабилизатор сетевого напряжения
Стабилизатор тока до 150 А
Стабилизированный источник питания с защитой от перегрузки
Преобразователь 1,5V в 9V
Ступенчатое включение мощной нагрузки
Тиристорный преобразователь 12V в 220V
Двуполярное напряжение от батарейки "Крона"
Уменьшение пульсаций выходного напряжения
Универсальное зарядное устройство
Универсальный блок питания на микросхеме КР142ЕН12
Устройство аварийного электропитания
Регулируемый стабилизатор тока
Регулируемое двуполярное из однополярного
Регулятор мощности не создающий помех
Регулятор сетевого напряжения
Тиристорный регулятор тока
Регулятор мощности для активной нагрузки
Преобразователь напряжения 12/220В-50Гц
Импульсный источник питания 30 вольт, 200 Вт
Преобразователь напряжения с 4,5 на 15 В
Преобразователь напряжения 12V-30V
Автоматическое отключение аккумуляторной батареи
Бесперебойное питание для цифровых микросхем
Стабилизированный блок питания 1-40V с защитой от перегрузки
Лабораторный блок питания 0-20V
Трехфазный инвертор для электродвигателей
Импульсный блок питания для мощного УМЗЧ
Резервный преобразователь напряжения
Электронный предохранитель для устройств с питанием до 25 Вольт
Электронный предохранитель 12V/1A
Преобразователь 50Гц\ 60Гц
Усовершенствованный лабораторный блок питания
Высоковольтный преобразователь
Устройство защиты источника питания от перегрузки
Симисторный регулятор повышенной мощности
Устройство для зарядки малогабаритных аккумуляторов
Мягкое включение УНЧ
Таймер для зарядки аккумулятора
Импульсный стабилизатор напряжения с высоким КПД
Универсальный эквивалент нагрузки для ремонта и настройки источников питания
Преобразователь напряжения для цифровых микросхем
Регулируемый стабилизатор напряжения и тока
Стабилизированный регулятор мощности для изменяющейся нагрузки
Блок бесперебойного питания
Импульсный понижающий стабилизатор 24V-12V
Лабораторный блок питания 5...100 Вольт
Звуковой сигнализатор разряда аккумулятора
Стабилизатор тока до 150 Ампер
Ограничение зарядного тока конденсаторов
Ni-Cd аккумуляторы и их эксплуатация
Импульсный сетевой источник 5 В с высокими параметрами
Зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов
Преобразователь 12- 220V и зарядное устройство
Двуполярный источник питания на основе "электронного трансформатора"
Малогабаритный мощный стабилизатор 12V
Блок питания отключающийся без нагрузки
Преобразователь 12V- 24V на ячейке логической микросхемы
Двуполярное стабилизированное напряжение 5V из однополярного 12V
Преобразователь напряжения 12V\ 220V 50Гц
Регулируемый двуполярный блок питания с искусственной "средней точкой"
Стабилизированный блок питания 3V для аудиоплеера
Маломощный импульсный двуполярный
Агрегаты тиристорные серий ТЕ, ТП, ТПР, ТЕР схемы и документация
Источник опорного напряжения ИОНА
Мощный лабораторный источник с защитой и регулировкой
Вариант мощного двуполярного стабилизатора напряжения
Лабораторный источник питания с защитой и индикацией перегрузки
Преобразователь 12-220 вольт на NE555

Ремонт импульсных источников питания

ИИП – это импульсный источник питания. Сейчас они применяются везде. Компьютерный блок питания, зарядка мобильного телефона или планшета, зарядное устройство ноутбука или источник питания телевизора, монитора и т.д. Этот список можно долго продолжать. Преимуществ применения ИИП довольно много: это и уменьшение размеров трансформатора за счет применения более высокой частоты преобразования, и получение более высокой выходной мощности при небольших габаритах. Недостаток у них только один – сложная, по сравнению с трансформаторными источниками питания, схема. Схемы импульсных источников питания разные, но принцип их работы один. В этой статье попробуем с ним разобраться. Ниже приведена структурная схема импульсного источника питания.


Принцип работы его такой: входное переменное напряжение поступает на диодный мост, где выпрямляется и поступает далее на конденсатор. Далее через ключ оно поступает на обмотку трансформатора. Ключом управляет драйвер с частотой переключения около 50-60KHz. На вторичной обмотке находится выпрямитель (это может быть диодный мост или полумост) и сглаживающий конденсатор. Во всех без исключения импульсных источниках питания имеется обратная связь. Если выходное напряжение будет отсутствовать или будет ниже нормы, то драйвер не будет генерировать импульсы для ключа. На этом принципе основана также и защита от КЗ.

Есть также драйверы с защитой по температуре. В схему вводится датчик температуры и при ее превышении заданной границы – драйвер отключает генерацию. Вот вкратце о принципе работы ИИП. Теперь поговорим о ремонте. Чаще всего неисправности в импульсных источниках питания возникают в силовой высоковольтной цепи. Если вам попался ИИП с сгоревшим предохранителем не спешите его менять. Прозвоните основные элементы в силовой цепи, убедитесь в их исправности. Нередко вышедший из строя ключ (которым является биполярный или полевой транзистор или даже мост из транзисторов), тянет за собой управляющий драйвер. Еще одной довольно частой причиной являются поврежденные электролиты как в силовой высоковольтной цепи, так и в низковольтной. Визуально осмотрите электролиты. Если есть вздувшиеся – меняйте. В идеале в проблемных блоках они меняются все, так как все равно имеют довольно ограниченный срок эксплуатации. Если поменять все нет возможности, помочь выявить дефектный конденсатор можно с помощью тестера, прочитать о котором можно здесь.

Импульсные блоки питания.Виды и работа.Особенности и применение

Практически в каждом электронном приборе есть блок питания – важный элемент монтажной схемы. Блоки применяются в устройствах, требующих пониженного питания. Базовой задачей блока питания считается уменьшение сетевого напряжения. Первые импульсные блоки питания сконструированы после изобретения катушки, которая работала с переменным током.

Применение трансформаторов дало толчок развития блоков питания. После выпрямителя тока осуществляется выравнивание напряжения. В блоках с преобразователем частоты этот процесс проходит по-другому.

В импульсном блоке основу составляет инверторная система. После выпрямления напряжения образуются прямоугольные импульсы с высокой частотой, подаются на фильтр выхода низкой частоты. Импульсные блоки питания преобразовывают напряжение, отдают мощность на нагрузку.

Рассеивание энергии от импульсного блока не происходит. От линейного источника идет рассеивание на полупроводниках (транзисторах). Его компактность и малый вес также дает превосходство над трансформаторными блоками при одинаковой мощности, поэтому часто линейные блоки заменяют импульсными.

Принцип действия

Работа ИБП простой конструкции следующая. Если входной ток является переменным, как в большинстве бытовых приборах, то сначала происходит преобразование напряжения в постоянное. Некоторые конструкции блоков имеют переключатели, удваивающие напряжение. Это делается для того, чтобы подключаться к сети с разным номиналом напряжения, например, 115 и 230 вольт.

Выпрямитель выравнивает переменное напряжение и на выходе отдает постоянный ток, который поступает в фильтр конденсаторов. Ток от выпрямителя выходит в виде малых импульсов высокой частоты. Сигналы обладают высокой энергией, за счет которой снижается коэффициент мощности трансформатора импульсов. Благодаря этому габариты импульсного блока небольшие.

Чтобы скорректировать уменьшение мощности в новых блоках питания применяют схему, в которой ток на входе получается в виде синуса. По такой схеме смонтированы блоки в компьютерах, видеокамерах и других устройствах. Импульсный блок работает от постоянного напряжения, проходящего через блок, не изменяясь. Такой блок называют обратноходовым. Если он служит для 115 В, для работы на постоянном напряжении необходимо уже 163 вольта, это рассчитывается как (115 × √2).

Для выпрямителя такая схема вредна, так как половина диодов не используется в работе, это вызывает перегрев рабочей части выпрямителя. Долговечность в этом случае снижается.

После выпрямления напряжения сети в действие вступает инвертор, который преобразовывает ток. Пройдя через коммутатор, имеющий большую энергию выхода, из постоянного получается переменный ток. С обмоткой трансформатора в несколько десятков витков и частотой сотни герц блок питания работает в качестве усилителя низкой частоты, она получается больше 20 кГц, она не доступна слуху человека. Коммутатор изготовлен на транзисторах с многоступенчатым сигналом. Такие транзисторы имеют низкое сопротивление, высокую возможность прохода токов.

Схема работы ИБП

В сетевых блоках вход и выход изолируют между собой, в импульсных блоках ток применяется для первичной обмотки высокой частоты. На вторичной обмотке трансформатор создает нужное напряжение.

Для напряжения выхода более 10 В применяют кремниевые диоды. На низких напряжениях ставят диоды Шоттки, которые имеют достоинства:
  • Быстрое восстановление, что дает возможность иметь малые потери.
  • Малое падение напряжения. Для снижения напряжения выхода применяют транзистор, в нем выпрямляется основная часть напряжения.

Далее напряжение сглаживается фильтром, в него входят конденсатор, дроссель. Для частот коммутации выше требуются составляющие с малой индуктивностью и емкостью.

Схема импульсного блока минимального размера

В простой схеме ИБП вместо трансформатора применен дроссель. Это преобразователи для понижения или повышения напряжения, относятся к самому простому классу, применяется один переключатель и дроссель.

Некоторые виды ИБП
  • Простой ИБП на IR2153, распространен в России.
  • Импульсные блоки питания на TL494.
  • Импульсные блоки питания на UC3842.
  • Гибридного типа, из энергосберегающей лампы.
  • Для усилителя с повышенными данными.
  • Из электронного балласта.
  • Регулируемый ИБП, механическое устройство.
  • Для УМЗЧ, узкоспециализированный блок питания.
  • Мощный ИБП, имеет высокие характеристики.
  • На 200 В – на напряжение не более 220 вольт.
  • Сетевой ИБП на 150 ватт, только для сети.
  • Для 12 В – нормально работает при 12 вольтах.
  • Для 24 В – работает только на 24 вольта.
  • Мостовой – применена мостовая схема.
  • Для усилителя на лампах – характеристики для ламп.
  • Для светодиодов – высокая чувствительность.
  • Двухполярный ИБП, отличается качеством.
  • Обратноходовый, имеет повышенные напряжение и мощность.
Особенности

Простой ИБП может состоять из трансформаторов малых размеров, так как при повышении частоты эффективность трансформатора выше, требования к размерам сердечника меньше. Такой сердечник изготовлен из ферромагнитных сплавов, а для низкой частоты используется сталь.

Напряжение в блоке питания стабилизируется путем обратной связи отрицательной величины. Осуществляется поддержка напряжения выхода на одном уровне, не зависит от нагрузки и входных колебаний. Обратная связь создается разными методами. Если в блоке есть гальваническая развязка от сети, то применяется связь одной обмотки трансформатора на выходе или с помощью оптрона. Если развязка не нужна, то используют простой резистивный делитель. За счет этого напряжение выхода стабилизируется.

Особенности лабораторных блоков

Принцип действия осуществлен на активном преобразовании напряжения. Для удаления помех ставят фильтры в конце и начале цепи. Насыщение транзисторов положительно отражается на диодах, имеется регулировка напряжения. Встроенная защита блокирует короткие замыкания. Кабели питания применены немодульной серии, мощность достигает 500 ватт.

В корпусе установлен вентилятор охлаждения, скорость вентилятора регулируется. Наибольшая нагрузка блока составляет 23 ампера, сопротивление 3 Ом, наибольшая частота 5 герц.

Применение импульсных блоков

Сфера их использования постоянно растет как в быту, так и в промышленном производстве.

Импульсные блоки питания применяются в источниках бесперебойного питания, усилителях, приемниках, телевизорах, зарядных устройствах, для низковольтных линий освещения, компьютерной, медицинской технике и других различных приборах, и устройствах широкого назначения.

Достоинства и недостатки
ИБП имеет следующие преимущества и достоинства:
  • Небольшой вес.
  • Увеличенный КПД.
  • Небольшая стоимость.
  • Интервал напряжения питания шире.
  • Встроенные защитные блокировки.

Уменьшенная масса и размеры связано с применением элементов с радиаторами охлаждения линейного режима, импульсного регулирования вместо тяжелых трансформаторов. Емкость конденсаторов уменьшена за счет увеличения частоты. Схема выпрямления стала проще, самая простая схема – однополупериодная.

У трансформаторов низкой частоты теряется много энергии, рассеивается тепло во время преобразований. В ИБП максимальные потери возникают при переходных процессах коммутации. В другое время транзисторы устойчивы, они закрыты или открыты. Созданы условия для сохранения энергии, КПД достигает 98%.

Стоимость ИБП снижена из-за унификации элементов широкого ассортимента на роботизированных предприятиях. Силовые элементы из управляемых ключей состоят из полупроводников меньшей мощности.

Технологии импульсов дают возможность применять сеть питания с разной частотой, что расширяет применение блоков питания в различных сетях энергии. Модули на полупроводниках с небольшими габаритами с цифровой технологией имеют защиты от короткого замыкания и других аварий.

Недостатки

Импульсные блоки питания функционируют с помощью преобразования импульсов высокой частоты, создают помехи, уходящие в окружающую среду. Возникает необходимость подавления и борьбы с помехами разными методами. Иногда подавление помех не дает эффекта, и применение импульсных блоков становится невозможным для некоторых типов устройств.

Импульсные блоки питания не рекомендуется подключать как с низкой нагрузкой, так и с высокой. Если на выходе резко упадет ток ниже установленного предела, то запуск может оказаться невозможным, а питание будет с искажениями данных, которые не подходят к диапазону работ.

Похожие темы:

Импульсные источники питания - Теория и практика | Микросхема

В последнее время в среде радиотехников и радиоинженеров, а также при производстве сложной электроники в промышленных масштабах особую популярность завоевали импульсные источники питания. Наметилась тенденция отказа от типовых громоздких трансформаторных и переход на малогабаритные конструкции импульсных блоков питания, преобразователей напряжения, конвертеров, инверторов. Мы на страницах радиолюбительского сайта уже не раз подходили к данному вопросу, предлагая вам как теоретическую информацию (например, расчет импульсных трансформаторов), так и уже готовые конструкции ИИП (к примеру, автомобильные преобразователи напряжения).

В общем, тема импульсных источников достаточно актуальная и интересная, входящая в область силовой электроники. Данное направление радиоэлектроники перспективное и стремительно развивающееся. Основной целью является разработка мощных устройств питания, отвечающих современным требованиям надежности, качества, долговечности, минимизации массы, размеров, энерго- и материалоемкости. Практически вся современная электроника, включая всевозможные ЭВМ, аудио-, видеотехнику питается от компактных импульсных блоков питания.

Сегодня хотим порекомендовать для обязательного прочтения вам, уважаемые радиолюбители, одну из лучших книг по силовой электронике и практике конструирования импульсных источников питания.

Написана она радиоинженером-практиком на основании личного опыта и призвана помочь радиолюбителю по возможности быстро и не утомительно разобраться в принципах работы импульсных устройств электропитания. Доступным языком рассказывается об основах проектирования ИИП, о перспективной элементной базе и особенностях ее применения, оптимальном выборе. Не будут лишними и практические конструкции. Полезной дополнительной информацией станет, например, создание высокочастотных балластов для ламп дневного света, а также электронных корректоров коэффициента мощности.

Идея написания книги возникла после продолжительной радиотехнической переписки автора с радиолюбителем, задумавшим сделать импульсный сварочный аппарат. Позже к переписке подключились еще несколько радиоинженеров. Вопросы людей, живущих не то что в разных городах, а в разных странах, совпадали с поразительной точностью! Наверняка, при изучении материала поймаете себя на мысли, что аналогичные вопросы возникали и у вас.

Тот, кто хоть раз сталкивался в жизни с силовой электротехникой в качестве разработчика или ремонтника, знает, что эта область электроники рождает массу кажущихся неразрешимыми вопросов. Силовая импульсная техника не прощает ошибок, не дает времени на «разбор полетов». Один неверный шаг - и она сгорает, как новогодняя хлопушка.

Здесь хочется привести цитату из трудов Хоровица и Хилла: «Импульсные источники питания сложны и хитроумны с точки зрения надежности. Необходимы специальные индуктивности и трансформаторы. Наш совет: откажитесь от их проектирования, покупайте то, что вам нужно!» Ничего не имеем против авторов и их публикации. Более того, их издания действительно являются шедеврами радиоэлектроники, и ещё пару десятков лет назад этот совет был весьма актуален. Теперь же, с появлением принципиально новых электронных компонентов, задача проектирования импульсных источников питания упростилась настолько, что даже начинающие радиолюбители смогут получить отличные результаты в своей домашней лаборатории. Однако и при современном уровне развития силовой элементной базы проектирование импульсного источника остается «задачей со многими неизвестными».

Большинство отечественных книг по импульсной электротехнике изданы более десяти лет назад и, в массе своей, рассчитаны на опытного радиоинженера, а подавляющая часть вообще более не актуальна. Материал в них труден для понимания начинающими радиолюбителями. Зарубежные издания в этом плане значительно превосходят отечественные. Однако далеко не все могут их разыскать и далеко не все владеют иностранными языками.

Очень много актуальных статей, как чисто теоретических, так и с готовыми конструкциями, «рассыпано» в профессиональных и радиолюбительских журналах. Конечно же, журнальные публикации крайне неудобны в быстром освоении темы импульсных источников питания. На отбор необходимых статей уйдет очень много драгоценного времени.

Автору удалось привести много полезных специальных сведений, которые едва ли можно найти в учебниках. Возможность работы в сети Интернет открывает для радиолюбителей и радиоинженеров широкие возможности быстрого поиска необходимой информации. Работают также сетевые конференции, сайты, блоги, форумы, чаты, в рамках которых возможно запросто пообщаться с коллегами.

Работая над книгой, автор стремился построить материал так, чтобы было интересно и радиолюбителям, имеющим небольшой практический опыт, и профессиональным разработчикам, радиоинженерам. Теория здесь перемежается с практическими конструкциями, доступными для повторения в радиолюбительских мастерских. Автор приложил все усилия к тому, чтобы теоретическая часть не казалась слишком сложной, раздутой и громоздкой, но полностью отказаться от математических формул, графиков, аналитических рассуждений - значит оставить законы силовой электронной техники под завесой тайны.

Конечно, ни одна книга не сможет дать всеобъемлющие знания по качественному инженерному проектированию. Автор, однако, надеется, что ему удастся хотя бы ввести всех заинтересованных радиотехников и электронщиков в курс импульсной силовой электроники.

Благодарим автора издания Бориса Юрьевича Семенова, родившегося в 1973 году в Ленинграде (наст. Санкт-Петербурге). В настоящее время занимается проектированием регулируемых импульсных источников питания и статических преобразователей мощностью до 30 кВт. На счету несколько научно-популярных трудов. В заключении Борис Юрьевич пишет: «Статьи и книги, выходящие с моей фамилией на обложке или на титульном листе – это плоды увлечения, возникшего в детском возрасте и ставшего профессией, это желание поделиться опытом с читателями самых разных возрастов, это стремление «заразить» их интереснейшим, не проходящим с годами делом».

Скачать

Обсуждайте в социальных сетях и микроблогах

Метки: справка

Радиолюбителей интересуют электрические схемы:

TDA1517 - простой усилитель звуковой частоты
Бестрансформаторный двухполярный источник питания

FAQ: для чего лучше всего использовать импульсный источник питания?

Устранение шума или электромагнитных помех может стать серьезной проблемой при разработке источников питания для электронных плат. Хотя снижение шума может не быть критической проблемой для проектирования линейных источников питания, собственный шум, создаваемый переключающими устройствами, имеет первостепенное значение при проектировании схем импульсного источника питания. К счастью, эту проблему можно в достаточной степени уменьшить, как описано в следующих часто задаваемых вопросах по импульсным источникам питания.

Что такое импульсный блок питания?

Импульсный источник питания - это один из двух основных типов источников питания, используемых в электронной продукции. Эти источники питания характеризуются использованием точной коммутации, которая позволяет использовать конструкции для преобразования постоянного тока в постоянный, постоянного в переменный, переменного в постоянный и преобразования частоты.

В чем разница между импульсным блоком питания и SMPS?

Исследования и разработка источников питания, которые использовали «переключение» для повышения эффективности по сравнению с обычными линейными источниками питания, восходят к 1950-м годам с ранних устройств, в которых использовались вакуумные лампы; однако первое запатентованное использование термина «импульсный источник питания» было в 1976 году Говардом Скоттом из RCA.Сегодня термины «импульсный источник питания» и «импульсный источник питания» (SMPS) обычно используются как синонимы.

Какие типы коммутационных компонентов используются в импульсных источниках питания?

В отличие от линейных источников питания, в которых обычно используются диоды, в SMPS используется точное переключение для управления рабочим циклом. Поэтому чаще всего используются транзисторы, позволяющие улучшить управление.

Где используются импульсные блоки питания?

Импульсные источники питания в основном используются в цифровых системах, таких как телекоммуникационные устройства, вычислительное оборудование, звуковое оборудование, зарядные устройства для мобильных телефонов, медицинские испытательные устройства, оборудование для дуговой сварки и автомобильные зарядные устройства.

Что такое импульсный адаптер питания?

Источники питания по сути являются преобразователями. Как правило, они преобразуют один или несколько параметров из подаваемой мощности в тип и уровень параметра, требуемые нагрузкой или подключенной схемой. Адаптер источника питания позволяет использовать источник питания, выход которого не был специально разработан для используемого входа. Конструкции источников питания могут состоять только из схемы преобразования или могут состоять из схемы преобразования и адаптера на одной плате.

Какие бывают типы конструкции импульсных источников питания?

Наиболее распространенные типы конструкций импульсных источников питания:

  • Бак
  • Повышение
  • Бак-Буст
  • Вперед
  • Обратный ход
  • Толкай-толкай
  • Полумост
  • Полный мост

Каковы наиболее серьезные проблемы при проектировании плат импульсных источников питания?

Точное управление переключением - критическое требование к импульсным источникам питания.Однако это переключающее действие создает высокую частоту и шум. Для печатных плат более низкие радиочастоты не представляют особой проблемы. Тем не менее, при проектировании высокоскоростной платы необходимо учитывать особые факторы, такие как длина дорожек и выводы, импеданс платы и тип материала.

DFM для печатных плат HDI

Загрузить сейчас

Как снизить уровень шума в импульсных цепях питания?

Полное устранение шума или электромагнитных помех в конструкции источника питания практически невозможно.Вместо этого цель состоит в том, чтобы максимально снизить шум для достижения электромагнитной совместимости. На этом этапе ваша плата блока питания не только является хорошим соседом для ближайших электронных устройств, но и количество электромагнитных помех на вашей плате не влияет отрицательно на функциональность. Некоторые из лучших практик по снижению шума на печатных платах включают следующее: использование согласования импеданса, ограничение длины трассы и соблюдение хороших расстояний утечки и зазоров. Кроме того, одним из наиболее важных факторов, которые также влияют на ваши целевые показатели производительности для подключенных нагрузок, является фильтрация.

Каковы наиболее важные факторы при проектировании и изготовлении печатных плат импульсных источников питания?

SMPS используются в широком спектре приложений. Однако следующие факторы обычно требуют особого внимания при разработке плат импульсных источников питания.

Оптимизация импульсного источника питания Разработка печатной платы

Проект импульсного источника питания

SMPS; Схема

<------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------------>

Очевидно, что электрическая энергия не используется в том виде, в каком она была произведена или распределена.Все электронные системы требуют некоторого преобразования энергии, которое может быть выполнено разными методами. Блок питания (БП) относится к устройству, которое передает электрическую энергию от источника к нагрузке с помощью электронных схем. Конечно, блок питания на самом деле не подает питание на , он просто преобразует его из одной формы в другую, поэтому «преобразователь» был бы более точным термином для такого устройства. Типичное применение источника питания - преобразование напряжения переменного тока сети в набор регулируемых напряжений постоянного тока, необходимых для электронного оборудования.В зависимости от режима работы существуют разные типы блоков питания. В 70-х годах большинство PSE были линейными, КПД составлял около 50%, удельная мощность была менее одного ватта на кубический дюйм, а коэффициент мощности составлял 0,5-0,7. В настоящее время большинство блоков питания относятся к типу SMPS с КПД более 90%, удельной мощностью в десятки ватт на кубический дюйм и коэффициентом мощности до 0,99. Этот тип является основной темой этого сайта.

ЧТО ЭТО?

SMPS - импульсный источник питания. Это электронное устройство, в котором преобразование и регулирование энергии обеспечивается силовыми полупроводниками, которые непрерывно с высокой частотой переключаются между состояниями «включено» и «выключено».Выходной параметр (обычно выходное напряжение) регулируется изменением рабочего цикла, частоты или фазового сдвига этих переходов.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

. Поток энергии в любом БП контролируется силовыми полупроводниками. Однако в разных системах они работают в разных режимах. В устаревших системах они работали в линейном режиме , и чрезмерная мощность рассеивалась в последовательном транзисторе. Когда полупроводник работает в режиме , переключая режим , он может управлять потоком энергии с низкими потерями: когда переключатель включен, он имеет низкое падение напряжения и пропускает любой ток, наложенный на него; когда он выключен, он блокирует ток.В результате в таком электронном устройстве рассеиваемая мощность, которая является произведением напряжения и тока, может быть относительно низкой в ​​обоих состояниях. Вот почему импульсные блоки питания обладают большей эффективностью по сравнению с линейными. Такие блоки также меньше по размеру и легче по весу из-за меньшего размера пассивных компонентов и меньшего тепловыделения. Более высокая эффективность и меньший размер в сочетании с достижениями в полупроводниковой технологии и различными нормативными актами по энергоэффективности сделали «коммутатор» доминирующим типом блоков питания практически во всем спектре приложений.Большинство блоков питания, производимых сегодня для систем ввода переменного тока, также включают в себя еще один каскад преобразования - интерфейс коррекции коэффициента мощности (PFC). На рынке представлено огромное количество готовых готовых блоков питания и модулей DC-DC, отвечающих большинству практических требований и стандартов безопасности. Тем не менее, нестандартные конструкции все еще создаются, когда есть потребность в особых характеристиках или необычном форм-факторе, особенно для военных приложений в суровых условиях или авионики.

В целом преобразователи мощности можно разделить на четыре типа в зависимости от формы входного и выходного напряжения: переменный ток в постоянный (также называемый автономным источником постоянного тока), постоянный ток в постоянный (преобразователь напряжения или тока), переменный ток в переменный ( преобразователь частоты или циклоконвертер), а также постоянный ток в переменный (инвертор).Помимо основного преобразователя постоянного тока в постоянный, большинство блоков питания, производимых сегодня для приложений ввода переменного тока, также включают в себя еще один интерфейсный модуль для импульсного регулятора с коррекцией коэффициента мощности (PFC) и могут включать дополнительные регуляторы на печатной плате для вспомогательных выходов.

Область техники, которая занимается проектированием и анализом схем и устройств преобразования энергии, называется силовая электроника , хотя проектирование источников питания - это настоящая междисциплинарная задача. Это касается схемы, магнетизма, управления температурным режимом, контроля и соблюдения нормативных требований.Этот сайт представляет собой информационное руководство по SMPS / силовой электронике. Здесь вы найдете учебное пособие, инструменты, обзоры, схемы и другие бесплатные онлайн-ресурсы по всем аспектам проектирования и выбора импульсных источников питания, информацию о других устройствах преобразования энергии, а также основные справочные материалы по электротехнике и электронные формулы.

Как выбрать блок питания

Руководство покупателя питания: общие сведения об источниках питания

Есть старая поговорка: «Используйте правильный инструмент для работы!» Но иногда для работы существует несколько «правильных инструментов», так как же узнать, какой из них использовать? Чтобы правильно выбрать источник питания, необходимо понять некоторые важные основы.

Линия электропитания Jameco Electronics включает широкий выбор источников питания. Они обеспечивают все ваши потребности в источниках питания от настенных адаптеров и настольные блоки питания для открыто/ закрытые источники питания переменного тока в постоянный и преобразователи постоянного тока в постоянный / инверторы постоянного тока. Какой бы инструмент вы ни выбрали в качестве источника питания, вы можете быть уверены, что получите продукцию отличного качества, подходящую для вашей работы.

Условия подачи питания

Прежде всего, давайте проясним некоторые термины, которые часто сбивают с толку людей, но которые важны при выборе правильного источника питания для настенного адаптера.«Импульсные» источники питания переменного тока в постоянный по сравнению с «линейными» источниками питания часто вводят в заблуждение тех, кто с ними не знаком.

Линейные источники питания принимают входной переменный ток (обычно 120 или 240 В переменного тока), понижают напряжение с помощью трансформатора, затем выпрямляют и фильтруют входной сигнал в выход постоянного тока.

Импульсный источник питания принимает входной переменный ток, но сначала выпрямляет и фильтрует в постоянный ток, затем преобразует обратно в переменный ток на некоторой высокой частоте переключения, понижает напряжение с помощью трансформатора, затем выпрямляется и фильтруется в выход постоянного тока.

Разница между линейным и коммутационным процессами заключается в том, что они позволяют использовать разные компоненты. Линейный источник питания обычно менее эффективен, использует более крупный и тяжелый трансформатор, а также более крупные компоненты фильтра. Импульсный источник питания подразумевает более высокий КПД из-за высокой частоты переключения, что позволяет использовать более компактный и менее дорогой высокочастотный трансформатор, а также более легкие и менее дорогие компоненты фильтра. Импульсные источники питания содержат больше общих компонентов, поэтому, как правило, они дороже.

Примечание:
Существует разница между «переключением» на стороне входа и «переключением» на стороне выхода. То, что мы только что обсудили, относится к переключению на выходной стороне. Говоря о стороне входа, существует 2 типа «переключаемых» источников питания:

1) Переключение - автоматическое переключение между входами переменного тока и частотами или
2) Переключаемый - на источнике питания есть ручной переключатель, который меняет диапазон и частота входного переменного тока.

Суммирование, хотя линейный процесс кажется более эффективным из-за более короткого процесса, импульсный источник питания на самом деле более эффективен.


Astec ACV15N4.5 - Линейный источник питания 15 В, 4,5 А
Размер: 7,0 "Д x 4,8" Ш x 2,7 "В
Mean Well PS-65-15 - Импульсный источник питания 15 В, 4,2 А
Размер: 5,0" Д x 3,0 "Ш x 1,7" В

Также возникает много вопросов, когда говорят о "регулируемых" и "нерегулируемых" источниках питания. Эти термины относятся к схеме управления источником питания.

В нерегулируемом источнике питания переключающий транзистор работает с постоянным рабочим циклом, поэтому нет ничего, что могло бы управлять выходом. Выходы не имеют определенного значения; вместо этого они немного колеблются при приложении различных нагрузок.Только очень низкое напряжение приведет к отключению источника питания.

В регулируемом источнике питания выходная мощность поддерживается очень близкой к ее номинальной выходной мощности за счет изменения рабочего цикла для компенсации изменений нагрузки. Это обеспечивает лучшую защиту ваших устройств и более точные выходные данные.

Основные отличия регулируемых источников питания от нерегулируемых - это защита и цена. Регулируемые источники питания обеспечивают лучшую эффективность и защиту, но нерегулируемые источники питания значительно дешевле по стоимости.


Jameco ReliaPro 12V, 1A Регулируемый линейный настенный адаптер
1-Unit Price: $ 14.95
Jameco ReliaPro 12V, 1A Нерегулируемый линейный настенный адаптер
1-Unit Price: $ 9.95
Теперь, когда вы знаете, что искать, убедитесь, что у вас есть все необходимые детали. Если по какой-то причине вы не можете найти то, что вам нужно, просто напишите нам, и мы сделаем все возможное, чтобы найти это для вас.

Есть еще вопросы? Напишите нам на [адрес электронной почты защищен]

Вернуться в центр энергоресурсов >>

Конструкция источника питания

: режим переключения vs.Линейный

Источники питания постоянного тока

доступны как в импульсном (также называемом импульсным), так и в линейном исполнении. Хотя оба типа обеспечивают питание постоянного тока, методы, используемые для получения этой мощности, различаются. В зависимости от области применения каждый тип источника питания имеет преимущества перед другим. Давайте посмотрим на различия между этими двумя технологиями, а также на соответствующие преимущества и недостатки каждой конструкции.

Импульсный источник питания преобразует мощность сети переменного тока непосредственно в напряжение постоянного тока без трансформатора, и это исходное напряжение постоянного тока затем преобразуется в сигнал переменного тока более высокой частоты, который используется в цепи регулятора для получения желаемого напряжения и тока. .В результате получается гораздо более компактный и легкий трансформатор для повышения или понижения напряжения, чем то, что было бы необходимо при частоте сети переменного тока 60 Гц. Эти меньшие трансформаторы также значительно более эффективны, чем трансформаторы на 60 Гц, поэтому коэффициент преобразования мощности выше.

Линейный источник питания подает напряжение сети переменного тока на силовой трансформатор для повышения или понижения напряжения перед подачей на схему регулятора. Поскольку размер трансформатора косвенно пропорционален рабочей частоте, это приводит к увеличению и увеличению мощности блока питания.

У каждого типа работы блока питания есть свои достоинства и недостатки. Импульсный источник питания на 80% меньше и легче соответствующего линейного источника питания, но он генерирует высокочастотный шум, который может мешать работе чувствительного электронного оборудования. В отличие от линейных источников питания, импульсные источники питания способны выдерживать небольшие потери переменного тока в диапазоне 10-20 мс, не влияя на выходы.

Линейный источник питания требует более крупных полупроводниковых устройств для регулирования выходного напряжения и, следовательно, выделяет больше тепла, что приводит к снижению энергоэффективности.Линейный источник питания обычно работает с КПД около 60% для выходов 24 В, тогда как импульсный источник питания работает с 80% или более. Линейные источники питания имеют время отклика до 100 раз быстрее, чем их аналоги, работающие в режиме переключения, что важно в некоторых специализированных областях.

В общем, импульсный источник питания лучше всего подходит для портативного оборудования, поскольку он легче и компактнее. Поскольку электрический шум ниже и его легче сдерживать, линейный источник питания лучше подходит для питания чувствительных аналоговых цепей.

Импульсные источники питания

Начиная с 27,95 $

Компактный, легкий и эффективный. Купить сейчас>

Линейные блоки питания

Начиная с 49,00 $

Низкая пульсация и шум, высокая надежность. Купить сейчас>

Регулируемый импульсный источник питания высокой мощности (SMPS) 3-60 В 40A

Регулируемый импульсный источник питания высокой мощности (SMPS) 3-60 В 40A

Этот импульсный источник питания был построен, потому что мне нужен был мощный настольный регулируемый источник питания.Линейная топология была бы непригодна для этой мощности. (2400Вт = 2,4 киловатта!), Поэтому я выбрал коммутационную топологию «два переключателя вперед» (полууправляемый мост). В моей статье про SMPS это топология II.D. Импульсный источник питания использует транзисторы IGBT и управляется микросхемой UC3845. Схему моего импульсного блока питания вы можете увидеть ниже. Сетевое напряжение сначала проходит через фильтр помех EMI. Затем он выпрямляется с помощью мостового выпрямителя и сглаживается конденсатором C4.Из-за большой емкости имеется схема ограничения броска тока с контактом реле Re1 и резистором R2. Катушка реле и вентилятор (от блока питания ПК AT / ATX) питаются от 12В, которое сбрасывается с вспомогательного источника 17В с помощью резистора R1. Выберите значение R1 так, чтобы напряжение на катушке реле и на вентиляторе составляло 12 В. В цепи вспомогательного источника питания используется TNY267. Это похоже на источник питания, описанный здесь. R27 обеспечивает защиту от пониженного напряжения вспомогательного питания - он не включается при напряжении ниже 230 В постоянного тока.Цепь управления UC3845 имеет выходную частоту 50 кГц и максимальный рабочий цикл 47%. Питается через стабилитрон, снижающий напряжение питания. на 5,6 В (то есть до 11,4 В), а также сдвигает пороги UVLO с 7,9 В (нижний) и 8,5 В (верхний) до 13,5 В и 14,1 В. Затем микросхема UC3845 начинает работать на 14,1 В и никогда не опускается ниже 13,5 В, что защищает транзисторы IGBT от рассыщения. Исходные пороги UVLO UC3845 просто слишком низкие. Микросхема управляет полевым МОП-транзистором T2, который управляет трансформатором управления затвором Tr2.Он обеспечивает гальваническую развязку и плавающий привод для верхних IGBT. Через схемы формирования с T3 и T4 он управляет затворами IGBT T5 и T6. Затем они переключают выпрямленное сетевое напряжение (325 В) на силовой трансформатор. Tr1. Его выходной сигнал затем выпрямляется и, наконец, усредняется катушкой индуктивности L1 и сглаживается конденсаторной батареей C17. Обратная связь по напряжению подключен от выхода к контакту 2 IO1. Выходное напряжение блока питания можно установить с помощью потенциометра P1. Гальваническая развязка обратной связи не требуется потому что цепь управления подключена к вторичной стороне SMPS и изолирована от сети.Обратная связь по току осуществляется через ток трансформатор TR3 в вывод 3 микросхемы UC3845. Пороговый ток максимальной токовой защиты может быть установлен потенциометром P2.
Транзисторы Т5 и Т6, диоды D5, D5 ', D6, D6', D7, D7 'и мост следует разместить на радиаторе. Диоды D7, конденсаторную батарею C15 и защитные демпферы RDC R22 + D8 + C14 следует размещать как можно ближе к IGBT. Светодиод 1 показывает работу блока питания, Светодиод 2 показывает режим ограничения тока (перегрузка / короткое замыкание) или ошибку.Загорается, когда блок питания не работает в режиме напряжения. В режиме напряжения на на контакте 1 IO1 2,5 В, иначе около 6 В. Светодиоды можно не устанавливать.
Индуктивности: Силовой трансформатор Tr1, который я спас от старого мощного импульсного источника питания 56 В. Коэффициент трансформации первичной обмотки во вторичную составляет от 3: 2 до 4: 3, а ферритовый сердечник (форма EE) имеет нет воздушного зазора. Если вам нравится наматывать его самостоятельно, используйте такой же сердечник, который я использовал в своем сварочном инверторе, около 6.4 см2 (допустимый диапазон 6-8 см2). Первичная обмотка - это 20 витков по 20 проводов, каждый диаметром от 0,5 до 0,6 мм. Вторичная на 14 витков состоит из 28 проводов того же диаметра, что и первичный. Также возможно изготовление обмоток из медных лент. Напротив, использование одной толстой проволоки невозможно из-за скин-эффекта (так как она работает с высокими частоты). Разделение обмотки не требуется, вы можете, например, сначала намотать первичную, а затем вторичную. Трансформатор переднего затвора Тр2 имеет три обмотки по 16 витков в каждой.Все обмотки наматываются сразу тремя скрученными изолированными проводами звонка. Это намотано на ферритовом сердечнике EI (также можно использовать EE) без воздушного зазора. Я спас его от главного силового трансформатора от компьютерного блока питания ATX или AT. Жила имеет поперечное сечение от 80 до 120 мм2. Трансформатор тока TR3 имеет 1 виток первичной обмотки и 68 витков вторичной обмотки на ферритовом или железном порошковом кольце, и размер или количество витков не критичны. В случае разного количества оборотов необходимо отрегулировать R15.Дополнительный силовой трансформатор TR4 намотан на ферритовом сердечнике EE с воздушным зазором сечением от 16 до 25 мм2. Он исходит от вспомогательного силового трансформатора, взятого из старого ATX. Обязательно соблюдайте ориентацию обмоток трансформаторов (отмечены точками)! Двухобмоточный фильтр электромагнитных помех может быть, например, из микроволновой печи. Выходная катушка L1 также поступает от 56-вольтового импульсного источника питания, который я разобрал. Он состоит из двух параллельных катушек индуктивности 54 мкГн на кольцах из порошкового железа, поэтому общая индуктивность составляет 27 мкГн.Каждая катушка намотана двумя магнитными медными проволоками диаметром 1,7 мм каждая. В этом случае общее сечение обмоток L1 составляет примерно 9 мм2.
L1 подключен к отрицательной ветви, поэтому на катодах диодов нет ВЧ напряжения. и поэтому их можно установить на радиаторе без изоляции. Максимальная входная мощность этого импульсного источника питания составляет около 2600 Вт и КПД при полной нагрузке более 90%. В этом импульсном источнике питания я использовал IGBT STGW30NC60W. Их можно заменить на типы IRG4PC40W, IRG4PC50W, IRG4PC50U, STGW30NC60WD или аналогичные достаточно мощные и быстрые, рассчитанные на 600В.Выходные диоды могут быть любыми сверхбыстродействующими с достаточным номинальным током. Верхний диод (D5) видит Средний ток 20А в худшем случае, нижний диод (D6) видит 40А в худшем случае. Таким образом, верхний диод может быть рассчитан на половину тока нижнего диода. Верхний диод может быть, например, двумя параллельными HFA25PB60 / DSEI30-06A или одиночным DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C. Нижний диод может быть двух параллельных DSEI60-06A / STTH6010W / HFA50PA60C или четыре HFA25PB60 / DSEI30-06A. Радиатор диодов должен рассеивать примерно 60 Вт.Рассеиваемая мощность IGBT может достигать 50 Вт. Рассеивание диодов D7 трудно предсказать, поскольку оно зависит от свойств Tr1 (его индуктивности и связи). Рассеиваемая мощность мостового выпрямителя до 25Вт. Этот источник питания использует схему, очень похожую на мой сварочный инвертор, так как это действительно хорошо работает. Переключатель S1 позволяет отключиться в режиме ожидания. Это полезно, так как вам не всегда нужно переключать вход питания этого мощного источника питания. Потребление в режиме ожидания всего около 1Вт.S1 можно не указывать. Этот блок питания также может быть сконструирован для фиксированное выходное напряжение. В этом случае рекомендуется оптимизировать коэффициент трансформации Tr1 для достижения наилучшего КПД. (например, первичная обмотка имеет 20 витков, а седельная - 1 виток на каждые 3,5 - 4 В выходного напряжения).

Внимание!!! Импульсное питание не для новичков, так как большинство его цепей подключено к сети. Риск поражения электрическим током и смерти. Опасность пожара.При неправильной конструкции сетевое напряжение может попасть на выход! Конденсаторы могут оставаться заряженными до опасного напряжение даже после отключения от сети. Выходное напряжение может быть выше безопасного напряжения прикосновения. Это импульсный источник питания большой мощности. Вход переменного тока должен иметь соответствующий предохранитель, розетка и кабель должны иметь размеры. для потребляемого тока, в противном случае существует опасность возгорания. Вы все делаете на свой страх и риск и ответственность.



Бедро моего мощного регулируемого импульсного источника питания (SMPS) 3-60V 40A.


Готовый импульсный блок питания


Передняя панель импульсного блока питания - контроль напряжения, контроль ограничения тока, переключатель режима ожидания S1 и светодиоды.


Коробка от старого блока питания 56В готова к установке моего блока питания 3 - 60В.


Оригинальная передняя панель


Коробка с вентилятором 8см.


Радиатор, Tr1, L1 и C17 старого блока питания, который будет использоваться для построения моего блока питания.


Подготовили D5 и D6.


IGBT и диоды сброса D7 на радиаторе и плате готовы к замене.


Выполнен ГДТ (трансформатор привода затвора) Тр2.


Начинается изготовление доски.


Доделана силовая часть, схема управления и Тр2.


Изготовление вспомогательного трансформатора 17В Тр4 (на левом фото - сердечник, на правом фото - первичный)


Готовая вторичная обмотка (слева) и готовый трансформатор Тр4 (справа).


Построение вспомогательного источника питания 17 В.


Плата взята из старого питания, со светодиодом 1 и светодиодом 2.


Вспомогательное питание после припаивания к нему Тр4.


Импульсный блок питания и конденсатор C4 (3x 680u)


Фактическая нагрузка для тестирования импульсного источника питания: нагревательный элемент 230V 2000W от котла, модифицированный на 57,5V. Одна клемма теперь является средней и обоими концами резистивного провода.Вторая клемма теперь подключена к 1/4 и 3/4 резистивного провода. Таким образом, спираль делится на 4 равные части, соединенные параллельно. Номинальное напряжение снижено до одной четверти, сопротивление до одной шестнадцатой. Мощность остается прежней.


Светящаяся спираль после подключения к тестируемому импульсному источнику питания.


Фильтр электромагнитных помех и ограничитель броска тока.


Тестирование импульсного блока питания снизу коробки.


Внутренняя часть готовой поставки.


Видео - проверка импульсного блока питания, последовательное рисование дуг со спиралью и регулирование показано на 2х лампах по 500Вт 230В.


Видео - Arsc с медными и алюминиевыми электродами.


Видео - Тестирование артера, встроенного в алюминиевый бокс.

Добавлен: 23. 10. 2010
дом

Цепи питания

:: Next.gr

  • Вам нужно найти надежный драйвер полного моста для управления вашим обратноходовым трансформатором? Что ж, это ваша последняя остановка. Есть много схем обратных драйверов, но большинство из них не продержатся долго. Общеизвестно, что знаменитый ЗВС изобрел....

  • Coship CDVB3188V схема импульсного источника питания приемника На нем показана схема импульсного источника питания приемника CDVB3188C того же континента, в основном от входной цепи переменного тока, анти-j ..

  • Здесь описывается конкретный модуль, использующий схему импульсного источника питания CF8865, поскольку в этой схеме используются специальные модули встроенного модуля управления CF8865.В фи ..

  • На рисунке (а) показана блок-схема внутренней структуры M62213FP. M62213FP - это высокоскоростной импульсный контроллер питания. Он состоит из генератора, ШИМ сравнения

  • Показана схема импульсного источника питания с изолированным выходом 5V TOP414G, 2A.C1 - конденсатор входного фильтра. Состав VDz VD1 и контур первичной защиты зажимов.

  • Принципиальная схема драйвера

    : Основная функция схемы управления - усилитель выходной мощности контроллера ширины импульса переменной ширины в качестве управляющего сигнала для высоковольтного переключателя питания.

  • Dragon -ZL-2801A Цепь импульсного источника питания для DVD-машины На рисунке показана схема импульсного источника питания для DVD-машины Dragon ZL-2801A, которая в основном поступает от входной цепи переменного тока..

  • East Shi IDS-2000F STB схема импульсного источника питания East Shi IDS -2000F STB схема импульсного источника питания в основном по входной цепи переменного тока, коммутируемой колебательной цепи, выход ..

  • Электрооборудование, подключенное к силовой части конструкции схемы источника питания, как показано ниже:..

  • Состоит из схемы импульсного источника питания постоянного тока 15 В TOP224Y, 2 А на выходе, показанной на фиг. Использование трех интегральных схем: ICl - монолитный регулятор TOP224Y, IC2 - оптопара.

  • LA9472A - это монолитный понижающий импульсный стабилизатор на 2 А, работающий в непрерывном режиме и реализованный по новой технологии BCD, позволяющей интегрировать изолированные вертикальные силовые транзисторы DMOS со смешанными КМОП / биполярными транзисторами.Аппарат может поставить ....

  • Эта схема обеспечивает включение / выключение, плавный пуск, контроль тока, отключение по току и защиту от перегрузки по току для источника питания 30 В постоянного тока при нормальных токах нагрузки до 2 А. Переключатель включается командным импульсом включения; выключен ....

  • Эта понижающая схема обеспечивает до 8 А при 5 В постоянного тока при работе от 24 до 32 В постоянного тока.Два силовых полевых МОП-транзистора в цепи работают попеременно в течение равных периодов времени. Частота коммутации 150 кГц, устанавливается контроллером PWM125. Выход двух полевых МОП-транзисторов составляет ....

    .
  • Эта схема обеспечивает стабилизированный постоянный ток с пульсацией менее 100 мВ для микропроцессорных приложений. Необходимые рабочие напряжения снимаются с цепи спускного резистора, подключенной к нерегулируемому источнику питания 28 В.Выход компаратора LM710 ....

  • Этот низковольтный сильноточный выход, коммутирующий источник питания, работает от входа 220 В переменного тока. В этой схеме генератор релаксации диака ST2, Q3, Cl, и диак инициируют проводимость выходного переключающего транзистора Q1, время включения которого составляет ....

  • На схеме показан блок питания мощностью 50 Вт с выходом 5 В и 10 А.Это обратный преобразователь, работающий в непрерывном режиме. В схеме есть первичная сторона, а контроллер вторичной стороны обеспечивает полную защиту от неисправностей, таких как перегрузка по току. ..

  • Строительный блок коммутируемого конденсатора LTC10432 обеспечивает неперекрывающееся дополнительное возбуждение для силовых полевых МОП-транзисторов Q1 - Q4. Полевые МОП-транзисторы расположены так, что Cl и C2 поочередно включаются последовательно, а затем параллельно.Во время последовательной фазы + 12 В ....

  • Простой импульсный стабилизатор с питанием от батареи обеспечивает 5 В от источника 9 В с эффективностью 80% и выходным током 50 мА. Когда Q1 включен, его коллекторное напряжение повышается, проталкивая ток через катушку индуктивности. Выходное напряжение повышается, в результате чего выход A1 ...

  • A показывает схему COR / CAS для использования ретранслятора.CR1 - кремниевый диод. 2 может быть любое реле с катушкой на 12 В (долговечное ..

  • Импульсные блоки питания обеспечивают гораздо более высокий КПД, чем традиционные.

  • В обычных приложениях ИС импульсного регулятора регулируют VQVT, управляя током через внешний индуктор.Однако ИС в А, управляя цепью диод-конденсатор вместо катушки индуктивности, обеспечивает сопоставимые характеристики для небольших нагрузок. ....

  • Импульсный стабилизатор Max650 вырабатывает регулируемое напряжение 5 В из больших отрицательных напряжений, таких как -48 В на телефонных линиях. Результирующий блок питания работает с несколькими внешними компонентами, включая трансформатор, и выдает 250 мА.....

  • В источнике питания используются два полевых МОП-транзистора VN4000A, 400 В, в конфигурации полумостового переключателя питания. Доступны следующие выходы: + 5 В при 20 А и ± 15 В (или ± 12 В) при 1 А. Поскольку для слаботочных выходов используются линейные трехконтактные регуляторы, либо ± 12 В ....

  • LT1172 генерирует положительное и отрицательное напряжение на входе 5 В.LT1172 настроен ..

  • A показан типичный LTC 1148 для поверхностного монтажа, обеспечивающий 5 В при 2 А при входном напряжении от 5,5 В до 13,5 В. Рабочий КПД, показанный на В, достигает максимума 97% и превышает 90% в диапазоне от 10 мА до 2. А с входом 10 В. Ql и Q2 составляют главный выключатель ....

  • TOP100Y, состоящий из импульсной схемы источника постоянного тока с обратным ходом + 5В, 1А.Этот налет ..

  • Схема импульсного источника питания

    35 Вт с выходом для телевизионной приставки показана на рисунке 5. Пятиходовое напряжение соответственно: Uo1 (+ 30 В, 100 мА), Uo2 (+ 18 В, 550 мА), Uo3 (+ 5 В, 2,5 А). ..

  • - это еще один вид переключателя подключения лампы накаливания для продления срока службы паука, он имеет две функции: во-первых, просто путем электропорации..

  • Нестабильность напряжения 12 В, сначала проверьте выходную секцию импульсного блока питания, как показано на РИС. Вторичная обмотка ..

  • Эта схема управления ШИМ подает управляющий импульс на переключатель мощности DMOS в цепи обратного хода.Выходной сигнал ШИМ представляет собой импульс, ширина которого пропорциональна входному управляющему напряжению и частота повторения которого определяется внешними часами ....

  • Схема показана. C1 - конденсатор входного фильтра. VDz VD1 состав и первичный зажим .png "> схема защиты. Контроль ..

  • Как показано на схеме импульсного источника питания телевизора Sony KV-S29MHl (серия S motion) (SIR a 80145A); (А) - часть колебания мощности; (б) - часть регулятора; (c) - выходной раздел...

AN-140: Основные понятия линейного регулятора и импульсных источников питания

Аннотация

В этой статье объясняются основные концепции линейных регуляторов и импульсных источников питания (ИИП). Он предназначен для системных инженеров, которые могут не очень хорошо разбираться в конструкции и выборе источников питания. Объясняются основные принципы работы линейных регуляторов и SMPS, а также обсуждаются преимущества и недостатки каждого решения.Понижающий понижающий преобразователь используется в качестве примера для дальнейшего объяснения конструктивных особенностей импульсного регулятора.

Введение

Современные конструкции требуют все большего количества шин питания и решений для электропитания в электронных системах с нагрузками от нескольких мА для резервных источников питания до более 100 А для стабилизаторов напряжения ASIC. Важно выбрать подходящее решение для целевого приложения и удовлетворить указанные требования к производительности, такие как высокая эффективность, ограниченное пространство на печатной плате (PCB), точное регулирование выходной мощности, быстрая переходная характеристика, низкая стоимость решения и т. Д.Проектирование управления питанием становится все более частой и сложной задачей для проектировщиков систем, многие из которых могут не иметь серьезного опыта в области питания.

Преобразователь мощности генерирует выходное напряжение и ток для нагрузки от заданного источника входного питания. Он должен соответствовать требованиям регулирования напряжения или тока нагрузки в установившихся и переходных режимах. Он также должен защищать нагрузку и систему в случае отказа какого-либо компонента. В зависимости от конкретного приложения разработчик может выбрать либо линейный регулятор (LR), либо импульсный источник питания (SMPS).Чтобы сделать лучший выбор решения, дизайнерам важно знать достоинства, недостатки и конструктивные особенности каждого подхода.

Эта статья посвящена приложениям с неизолированными источниками питания и дает представление об их работе и основах проектирования.

Линейные регуляторы

Как работает линейный регулятор

Начнем с простого примера. Во встроенной системе от внешнего источника питания доступна шина 12 В. На системной плате 3.Напряжение 3 В необходимо для питания операционного усилителя (ОУ). Самый простой способ генерировать 3,3 В - использовать резисторный делитель от шины 12 В, как показано на рисунке 1. Хорошо ли он работает? Обычно ответ отрицательный. Ток на выводах V CC операционного усилителя может изменяться в зависимости от условий эксплуатации. Если используется делитель с постоянным резистором, напряжение IC V CC зависит от нагрузки. Кроме того, вход шины 12 В может плохо регулироваться. В той же системе может быть много других нагрузок, использующих шину 12 В.Из-за импеданса шины напряжение на шине 12 В меняется в зависимости от условий нагрузки на шину. В результате резисторный делитель не может подавать стабилизированное напряжение 3,3 В на операционный усилитель, чтобы гарантировать его правильную работу. Следовательно, необходим специальный контур регулирования напряжения. Как показано на рисунке 2, контур обратной связи должен регулировать значение верхнего резистора R1, чтобы динамически регулировать 3,3 В на V CC .

Рисунок 1. Резисторный делитель вырабатывает 3,3 В постоянного тока от входа шины 12 В

Рисунок 2.Контур обратной связи регулирует значение последовательного резистора R1 для регулирования 3,3 В

Этот вид переменного резистора может быть реализован с помощью линейного регулятора, как показано на рисунке 3. Линейный регулятор работает с биполярным или полевым силовым транзистором (FET) в его линейном режиме. Таким образом, транзистор работает как переменный резистор последовательно с выходной нагрузкой. Концептуально для создания контура обратной связи усилитель ошибки определяет выходное напряжение постоянного тока через цепь резисторов выборки R A и R B , а затем сравнивает напряжение обратной связи V FB с опорным напряжением V REF .Выходное напряжение усилителя ошибки управляет базой последовательного силового транзистора через усилитель тока. Когда либо входное напряжение V BUS уменьшается, либо увеличивается ток нагрузки, выходное напряжение V CC падает. Напряжение обратной связи V FB также уменьшается. В результате усилитель ошибки обратной связи и усилитель тока генерируют больший ток в базе транзистора Q1. Это уменьшает падение напряжения V CE и, следовательно, возвращает выходное напряжение V CC , так что V FB равно V REF .С другой стороны, если выходное напряжение V CC повышается, аналогичным образом цепь отрицательной обратной связи увеличивает V CE , чтобы обеспечить точное регулирование выхода 3,3 В. Таким образом, любое изменение V O поглощается напряжением V CE транзистора линейного стабилизатора. Таким образом, выходное напряжение V CC всегда постоянно и хорошо регулируется.

Рис. 3. В линейном регуляторе реализован переменный резистор для регулирования выходного напряжения

Зачем нужны линейные регуляторы?

Линейный регулятор уже очень давно широко используется в промышленности.Это было основой для отрасли электроснабжения до тех пор, пока импульсные источники питания не стали преобладать после 1960-х годов. Даже сегодня линейные регуляторы по-прежнему широко используются в широком спектре приложений.

Помимо простоты использования, линейные регуляторы имеют и другие преимущества в производительности. Поставщики систем управления питанием разработали множество интегрированных линейных регуляторов. Типичный интегрированный линейный регулятор требует только V IN , V OUT , FB и дополнительные контакты GND. На рисунке 4 показан типичный трехконтактный линейный стабилизатор LT1083, разработанный более 20 лет назад.Для установки выходного напряжения требуется только входной конденсатор, выходной конденсатор и два резистора обратной связи. Практически любой инженер-электрик может спроектировать источник питания с этими простыми линейными регуляторами.

Рис. 4. Пример интегрированного линейного регулятора: линейный регулятор 7,5 А только с тремя контактами

Один недостаток - линейный регулятор может сжечь много энергии

Основным недостатком использования линейных регуляторов может быть чрезмерное рассеивание мощности последовательного транзистора Q1, работающего в линейном режиме.Как объяснялось ранее, транзистор линейного регулятора концептуально представляет собой переменный резистор. Поскольку весь ток нагрузки должен проходить через последовательный транзистор, его рассеиваемая мощность составляет P Потери = (V IN - V O ) • I O . В этом случае эффективность линейного регулятора можно быстро оценить по:

Итак, в примере на Рисунке 1, когда на входе 12 В и на выходе 3,3 В, эффективность линейного регулятора составляет всего 27,5%. В этом случае 72,5% входной мощности просто теряется и выделяет тепло в регуляторе.Это означает, что транзистор должен иметь тепловую способность, чтобы справиться с рассеянием мощности / тепла в худшем случае при максимальном напряжении IN и полной нагрузке. Таким образом, размер линейного регулятора и его радиатора могут быть большими, особенно когда V O намного меньше, чем V IN . Рисунок 5 показывает, что максимальная эффективность линейного регулятора пропорциональна соотношению V O / V IN .

Рисунок 5. Максимальный КПД линейного регулятора в зависимости от соотношения V O / V IN

С другой стороны, линейный регулятор может быть очень эффективным, если V O близок к V IN .Однако линейный регулятор (LR) имеет еще одно ограничение, а именно минимальную разницу напряжений между V IN и V O . Транзистор в LR должен работать в линейном режиме. Таким образом, требуется определенное минимальное падение напряжения на коллекторе для эмиттера биполярного транзистора или от стока до истока полевого транзистора. Когда V O слишком близко к V IN , LR больше не сможет регулировать выходное напряжение. Линейные регуляторы, которые могут работать с малой высотой потолка (V IN - V O ), называются регуляторами с малым падением напряжения (LDO).

Также ясно, что линейный стабилизатор или LDO может обеспечить только понижающее преобразование DC / DC. В приложениях, которые требуют, чтобы напряжение V O было выше, чем напряжение V IN или требуется отрицательное напряжение V O от положительного напряжения V IN , линейные регуляторы, очевидно, не работают.

Линейный регулятор с разделением тока для высокой мощности [8]

Для приложений, требующих большей мощности, регулятор должен быть установлен отдельно на радиаторе для отвода тепла.В системах для поверхностного монтажа это не вариант, поэтому ограничение рассеиваемой мощности (например, 1 Вт) ограничивает выходной ток. К сожалению, непросто установить прямое параллельное соединение линейных регуляторов для распределения выделяемого тепла.

Замена источника опорного напряжения, показанного на рис. 3, на прецизионный источник тока, позволяет подключать линейный регулятор напрямую параллельно для распределения токовой нагрузки и, таким образом, распределения рассеиваемого тепла между ИС. Это делает возможным использование линейных регуляторов при высоком выходном токе, в приложениях для поверхностного монтажа, где только ограниченное количество тепла может рассеиваться в любом месте на плате.LT3080 - первый регулируемый линейный стабилизатор, который можно использовать параллельно для увеличения тока. Как показано на рисунке 6, он имеет внутренний источник тока с прецизионным нулевым TC 10 мкА, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя. С помощью внешнего резистора настройки одиночного напряжения R SET выходное напряжение линейного регулятора можно регулировать от 0 В до (V IN - V DROPOUT ).

Рис. 6. Настройка одиночного резистора LDO LT3080 с прецизионным источником тока Ссылка

На рис. 7 показано, как легко подключить LT3080 к параллельному распределению тока.Просто свяжите контакты SET LT3080 вместе, два регулятора имеют одинаковое опорное напряжение. Поскольку операционные усилители точно настроены, напряжение смещения между регулировочным штифтом и выходом составляет менее 2 мВ. В этом случае требуется только балластное сопротивление 10 мОм, которое может быть суммой небольшого внешнего резистора и сопротивления проводов печатной платы, чтобы сбалансировать ток нагрузки с более чем 80% выравниваемым распределением. Нужна еще больше мощности? Разумно даже параллельное соединение от 5 до 10 устройств.

Рис. 7. Параллельное подключение двух линейных регуляторов LT3080 для более высокого выходного тока

Области применения, где предпочтительны линейные регуляторы

Существует множество приложений, в которых линейные регуляторы или LDO обеспечивают превосходные решения для переключения источников питания, в том числе:

  1. Простые / недорогие решения. Решения с линейным стабилизатором или LDO просты и удобны в использовании, особенно для приложений с низким энергопотреблением и низким выходным током, где тепловая нагрузка не критична.Внешний силовой индуктор не требуется.
  2. Применения с низким уровнем шума / малой пульсации. Для чувствительных к шуму приложений, таких как устройства связи и радио, минимизация шума источника питания очень важна. Линейные регуляторы имеют очень низкую пульсацию выходного напряжения, потому что нет элементов, которые часто включаются и выключаются, а линейные регуляторы могут иметь очень широкую полосу пропускания. Так что есть небольшая проблема с EMI. Некоторые специальные LDO-стабилизаторы, такие как семейство LDO Analog Devices LT1761, имеют на выходе всего 20 мкВ RMS напряжения шума на выходе.Для SMPS практически невозможно достичь такого низкого уровня шума. SMPS обычно имеет пульсации в мВ даже с конденсаторами с очень низким ESR.
  3. Быстрые переходные приложения. Контур обратной связи линейного регулятора обычно является внутренним, поэтому никакой внешней компенсации не требуется. Как правило, линейные регуляторы имеют более широкую полосу пропускания контура управления и более быстрый переходный отклик, чем у SMPS.
  4. Приложения с низким отсевом. Для приложений, где выходное напряжение близко к входному, LDO могут быть более эффективными, чем SMPS.Существуют LDO с очень низким падением напряжения (VLDO), такие как Analog Devices LTC1844, LT3020 и LTC3025, с выпадающим напряжением от 20 до 90 мВ и током до 150 мА. Минимальное входное напряжение может составлять 0,9 В. Поскольку в LR отсутствуют коммутационные потери переменного тока, эффективность малой нагрузки LR или LDO аналогична его эффективности при полной нагрузке. SMPS обычно имеет более низкую эффективность при малой нагрузке из-за потерь на переключение переменного тока. В приложениях с батарейным питанием, в которых эффективность малой нагрузки также имеет решающее значение, LDO может предоставить лучшее решение, чем SMPS.

Таким образом, разработчики используют линейные регуляторы или LDO, потому что они просты, имеют низкий уровень шума, низкую стоимость, просты в использовании и обеспечивают быстрый переходный отклик. Если V O близок к V IN , LDO может быть более эффективным, чем SMPS.

Основы импульсного источника питания

Зачем использовать импульсный источник питания?

Быстрый ответ - высокая эффективность. В ИИП транзисторы работают в режиме переключения, а не в линейном режиме. Это означает, что когда транзистор включен и проводит ток, падение напряжения на его пути питания минимально.Когда транзистор выключен и блокирует высокое напряжение, ток через его путь питания почти отсутствует. Так что полупроводниковый транзистор похож на идеальный переключатель. Таким образом, потери мощности в транзисторе сводятся к минимуму. Высокая эффективность, низкое рассеивание мощности и высокая плотность мощности (небольшой размер) являются основными причинами, по которым разработчики используют SMPS вместо линейных регуляторов или LDO, особенно в сильноточных приложениях. Например, в настоящее время синхронный понижающий понижающий источник питания 12 В IN , 3,3 В OUT в режиме переключения обычно может достичь КПД> 90% против менее 27.5% от линейного регулятора. Это означает потерю мощности или уменьшение размеров как минимум в восемь раз.

Самый популярный импульсный блок питания - понижающий преобразователь

На рисунке 8 показан простейший и наиболее популярный импульсный стабилизатор - понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный. Он имеет два режима работы, в зависимости от того, включен или выключен транзистор Q1. Чтобы упростить обсуждение, все силовые устройства считаются идеальными. Когда переключатель (транзистор) Q1 включен, напряжение коммутационного узла V SW = V IN и ток L индуктора заряжается на (V IN - V O ).На рисунке 8 (а) показана эквивалентная схема в этом режиме зарядки индуктора. Когда переключатель Q1 выключен, ток катушки индуктивности проходит через диод свободного хода D1, как показано на рисунке 8 (b). Напряжение коммутационного узла V , SW = 0 В и ток индуктивности L разряжается нагрузкой V O . Поскольку идеальная катушка индуктивности не может иметь постоянное напряжение в установившемся состоянии, среднее выходное напряжение V O может быть задано как:

, где T ON - временной интервал включения в пределах периода TS переключения.Если отношение T ON / T S определяется как рабочий цикл D, выходное напряжение V O составляет:

Когда значения катушки индуктивности L фильтра и выходного конденсатора C O достаточно высоки, выходное напряжение V O является постоянным напряжением с пульсацией всего в мВ. В этом случае для входного понижающего источника 12 В концептуально рабочий цикл 27,5% обеспечивает выходное напряжение 3,3 В.

Рисунок 8. Режимы работы понижающего преобразователя и типичные формы сигналов

Помимо описанного выше подхода к усреднению, существует другой способ вывести уравнение рабочего цикла.Идеальный индуктор не может иметь постоянное напряжение в устойчивом состоянии. Таким образом, он должен поддерживать вольт-секундный баланс катушки индуктивности в течение периода переключения. Согласно форме кривой напряжения индуктора на рисунке 8, для баланса вольт-секунд требуется:

Уравнение (5) совпадает с уравнением (3). Такой же подход балансировки вольт-секунд может использоваться для других топологий постоянного / постоянного тока для получения рабочего цикла по уравнениям V IN и V O .

Потери мощности в понижающем преобразователе

Потери проводимости постоянного тока

С идеальными компонентами (нулевое падение напряжения во включенном состоянии и нулевые потери при переключении) идеальный понижающий преобразователь имеет 100% КПД.На самом деле рассеивание мощности всегда связано с каждым силовым компонентом. В ИИП есть два типа потерь: потери проводимости постоянного тока и потери переключения переменного тока.

Потери проводимости понижающего преобразователя в основном возникают из-за падений напряжения на транзисторе Q1, диоде D1 и катушке индуктивности L, когда они проводят ток. Чтобы упростить обсуждение, пульсации переменного тока тока катушки индуктивности не учитываются в следующем расчете потерь проводимости. Если MOSFET используется в качестве силового транзистора, потери проводимости MOSFET равны I O 2 • R DS (ON) • D, где R DS (ON) - сопротивление MOSFET в открытом состоянии. Q1.Потери мощности проводимости диода равны I O • V D • (1 - D), где V D - прямое падение напряжения на диоде D1. Потери проводимости индуктора равны I O 2 • R DCR , где R DCR - сопротивление меди обмотки индуктора. Следовательно, потери проводимости понижающего преобразователя примерно равны:

Например, вход 12 В, 3,3 В / 10 А, выходной понижающий источник питания MAX может использовать следующие компоненты: полевой МОП-транзистор R DS (ON) = 10 мОм, индуктор R DCR = 2 мОм, прямое напряжение диода В D = 0.5В. Следовательно, потеря проводимости при полной нагрузке составляет:

Учитывая только потери проводимости, КПД преобразователя составляет:

Приведенный выше анализ показывает, что диод свободного хода потребляет 3,62 Вт потерь мощности, что намного выше, чем потери проводимости полевого МОП-транзистора Q1 и катушки индуктивности L. Для дальнейшего повышения эффективности диод D1 можно заменить полевым МОП-транзистором Q2, как показано на Рисунок 9. Этот преобразователь называется синхронным понижающим преобразователем. Строб Q2 требует сигналов, дополнительных к затвору Q1, т.е.е., Q2 горит только тогда, когда Q1 выключен. Потери проводимости синхронного понижающего преобразователя:

Если полевой МОП-транзистор R DS (ON) 10 мОм также используется для Q2, потери проводимости и эффективность синхронного понижающего преобразователя будут:

Приведенный выше пример показывает, что синхронный понижающий преобразователь более эффективен, чем традиционный понижающий преобразователь, особенно для приложений с низким выходным напряжением, где рабочий цикл мал, а время проводимости диода D1 велико.

Рисунок 9.Синхронный понижающий преобразователь и его транзисторные сигналы затвора

Потери при переключении переменного тока

В дополнение к потерям проводимости постоянного тока существуют другие потери мощности, связанные с переменным током / переключением, из-за неидеальных силовых компонентов:

  1. Коммутационные потери MOSFET. Настоящему транзистору требуется время для включения или выключения. Таким образом, во время переходных процессов при включении и выключении возникают перекрытия по напряжению и току, что приводит к коммутационным потерям переменного тока. На рисунке 10 показаны типичные формы сигналов переключения полевого МОП-транзистора Q1 в синхронном понижающем преобразователе.Зарядка и разрядка паразитного конденсатора C GD верхнего полевого транзистора Q1 с зарядом Q GD определяют большую часть времени переключения Q1 и связанных потерь. В синхронном понижающем преобразователе потери переключения нижнего полевого транзистора Q2 малы, потому что Q2 всегда включается после того, как его основной диод становится проводящим, и выключается до того, как его основной диод становится проводящим, в то время как падение напряжения на основном диоде невелико. Однако заряд обратного восстановления основного диода Q2 может также увеличить коммутационные потери верхнего полевого транзистора Q1 и может вызвать звон напряжения переключения и шум электромагнитных помех.Уравнение (12) показывает, что потери переключения управляющего полевого транзистора Q1 пропорциональны частоте переключения преобразователя f S . Точный расчет потерь энергии E ON и E OFF для Q1 непрост, но его можно найти в примечаниях к применению поставщиков MOSFET.
  2. Потери в сердечнике индуктора P SW_CORE . Настоящая катушка индуктивности также имеет потери переменного тока, которые зависят от частоты коммутации. Потери переменного тока в индукторе в основном связаны с потерями в магнитном сердечнике. В высокочастотном ИИП материалом сердечника может быть железный порошок или феррит.Обычно сердечники из порошкового железа насыщаются мягко, но имеют высокие потери в сердечнике, тогда как ферритовый материал насыщается более резко, но имеет меньшие потери в сердечнике. Ферриты - это керамические ферромагнитные материалы, которые имеют кристаллическую структуру, состоящую из смесей оксида железа с оксидом марганца или цинка. Потери в сердечнике в основном связаны с потерями на магнитный гистерезис. Производитель сердечника или катушки индуктивности обычно предоставляет данные о потерях в сердечнике разработчикам источников питания для оценки потерь в катушке индуктивности переменного тока.
  3. Прочие потери, связанные с переменным током.Другие потери, связанные с переменным током, включают потерю драйвера затвора P SW_GATE , что равно V DRV • Q G • f S , и мертвое время (когда оба верхнего полевого транзистора Q1 и нижний полевой транзистор Q2 выключены) основной диод потери проводимости, равные (ΔT ON + ΔT OFF ) • V D (Q2) • f S . Таким образом, потери, связанные с переключением, включают: Расчет потерь, связанных с переключением, обычно непросто. Потери, связанные с переключением, пропорциональны частоте переключения f S .В синхронном понижающем преобразователе 12 В IN , 3,3 В O / 10A MAX потери переменного тока вызывают потерю эффективности от 2% до 5% при частоте переключения 200–500 кГц. Таким образом, общий КПД составляет около 93% при полной нагрузке, что намного лучше, чем у источников LR или LDO. Нагревание или уменьшение размера могут быть близки к 10x.

Рис. 10. Типичная форма волны переключения и потери в верхнем полевом транзисторе Q1 понижающего преобразователя

Конструктивные особенности компонентов коммутируемой мощности

Оптимизация частоты коммутации

Как правило, более высокая частота переключения означает меньшие размеры компонентов L и C выходного фильтра O .В результате размер и стоимость блока питания могут быть уменьшены. Более широкая полоса пропускания также может улучшить переходные характеристики нагрузки. Однако более высокая частота переключения также означает более высокие потери мощности, связанные с переменным током, что требует большего пространства на плате или радиатора для ограничения теплового напряжения. В настоящее время для приложений с выходным током ≥10A большинство понижающих источников работают в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц ~ 2 МГц. При токе нагрузки <10 А частота переключения может достигать нескольких МГц. Оптимальная частота для каждой конструкции является результатом тщательного компромисса по размеру, стоимости, эффективности и другим параметрам производительности.

Выбор выходного индуктора

В синхронном понижающем преобразователе пиковый ток пульсации катушки индуктивности можно рассчитать как:

При заданной частоте переключения низкая индуктивность дает большие пульсации тока и приводит к большим выходным пульсациям напряжения. Большой ток пульсации также увеличивает среднеквадратичный ток полевого МОП-транзистора и потери проводимости. С другой стороны, высокая индуктивность означает большой размер индуктора и возможные высокие DCR индуктивности и потери проводимости. Как правило, при выборе катушки индуктивности выбирается 10% ~ 60% пульсаций размаха пульсаций по отношению к максимальному коэффициенту постоянного тока.Поставщики индукторов обычно указывают номинальные значения DCR, RMS (нагрева) и тока насыщения. Важно рассчитать максимальный постоянный ток и пиковый ток катушки индуктивности в пределах максимальных характеристик производителя.

Выбор силового полевого МОП-транзистора

При выборе полевого МОП-транзистора для понижающего преобразователя сначала убедитесь, что его максимальное значение V DS выше, чем напряжение питания V IN (MAX) с достаточным запасом. Однако не выбирайте полевой транзистор с чрезмерно высоким номинальным напряжением.Например, для источника питания 16V IN (MAX) хорошо подойдет полевой транзистор с номинальным напряжением 25 или 30 В. Полевой транзистор с номинальным напряжением 60 В может быть чрезмерным, поскольку сопротивление полевого транзистора в открытом состоянии обычно увеличивается с увеличением номинального напряжения. Далее, двумя наиболее важными параметрами являются сопротивление в открытом состоянии полевого транзистора R DS (ON) и заряд затвора Q G (или Q GD ). Обычно существует компромисс между зарядом затвора Q G и сопротивлением в открытом состоянии R DS (ON) . Как правило, полевой транзистор с небольшим кремниевым кристаллом имеет низкий Q G , но высокое сопротивление в открытом состоянии R DS (ON) , в то время как полевой транзистор с большим кремниевым кристаллом имеет низкий R DS (ON) , но большой Q . G .В понижающем преобразователе верхний полевой МОП-транзистор Q1 принимает как потери проводимости, так и потери переключения переменного тока. Для Q1 обычно требуется полевой транзистор Q G FET, особенно в приложениях с низким выходным напряжением и малым рабочим циклом. Синхронный полевой транзистор Q2 на нижней стороне имеет небольшие потери переменного тока, потому что он обычно включается или выключается, когда его напряжение V DS близко к нулю. В этом случае низкий уровень R DS (ON) более важен, чем Q G для синхронного полевого транзистора Q2. Когда один полевой транзистор не может справиться с полной мощностью, несколько полевых МОП-транзисторов могут использоваться параллельно.

Выбор входного и выходного конденсатора

Во-первых, следует выбирать конденсаторы с достаточным снижением номинального напряжения.

Входной конденсатор понижающего преобразователя имеет пульсирующий ток переключения с большой пульсацией. Следовательно, входной конденсатор следует выбирать с достаточным среднеквадратичным значением пульсационного тока, чтобы обеспечить его срок службы. Обычно на входе параллельно используются алюминиевые электролитические конденсаторы и керамические конденсаторы с низким ESR.

Выходной конденсатор определяет не только пульсации выходного напряжения, но и переходные характеристики нагрузки.Пульсации выходного напряжения можно рассчитать по уравнению (15). Для высокопроизводительных приложений важны как ESR, так и общая емкость, чтобы минимизировать пульсации выходного напряжения и оптимизировать переходные характеристики нагрузки. Обычно хорошим выбором являются танталовые конденсаторы с низким ESR, полимерные конденсаторы с низким ESR и многослойные керамические конденсаторы (MLCC).

Замкнуть контур регулирования обратной связи

Существует еще один важный этап проектирования импульсного источника питания - замыкание контура регулирования с помощью схемы управления с отрицательной обратной связью.Обычно это гораздо более сложная задача, чем использование LR или LDO. Это требует хорошего понимания поведения контура и конструкции компенсации, чтобы оптимизировать динамические характеристики с помощью стабильного контура.

Малосигнальная модель понижающего преобразователя

Как объяснено выше, переключающий преобразователь меняет свой рабочий режим в зависимости от состояния переключателя ON или OFF. Это дискретная и нелинейная система. Для анализа контура обратной связи с помощью линейного метода управления необходимо линейное моделирование малых сигналов [1] [3].Из-за выходного фильтра L-C линейная передаточная функция малого сигнала рабочего цикла D на выход V O фактически является системой второго порядка с двумя полюсами и одним нулем, как показано в уравнении (16). На резонансной частоте выходной катушки индуктивности и конденсатора расположены двойные полюса. Есть ноль, определяемый выходной емкостью и ESR конденсатора.

Управление в режиме напряжения и управление в режиме тока

Выходное напряжение может регулироваться замкнутой системой, показанной на рисунке 11.Например, когда выходное напряжение увеличивается, напряжение обратной связи V FB увеличивается, а выходной сигнал усилителя ошибки отрицательной обратной связи уменьшается. Так рабочий цикл уменьшается. В результате выходное напряжение снижается до V FB = V REF . Схема компенсации ошибок операционного усилителя может быть схемой усилителя с обратной связью типа I, типа II или типа III [3] [4]. Есть только один контур управления для регулирования выхода. Эта схема называется режимом управления напряжением.Analog Devices LTC3775 и LTC3861 - типичные понижающие контроллеры в режиме напряжения.

Рис. 11. Блок-схема понижающего преобразователя с управлением по напряжению

На рисунке 12 показан синхронный понижающий источник питания от 5 до 26 В на входе и на выходе 1,2 В / 15 А с использованием понижающего контроллера режима напряжения LTC3775. Благодаря передовой архитектуре ШИМ-модуляции LTC3775 и очень низкому (30 нс) минимальному времени включения, источник питания хорошо работает для приложений, которые преобразуют высоковольтный автомобильный или промышленный источник питания до уровня 1.Низкое напряжение 2 В, необходимое для современных микропроцессоров и программируемых логических микросхем. Для приложений высокой мощности требуются многофазные понижающие преобразователи с разделением тока. При управлении в режиме напряжения требуется дополнительная петля распределения тока для балансировки тока между параллельными понижающими каналами. Типичным методом разделения тока для управления режимом напряжения является метод ведущего ведомого устройства. LTC3861 является таким контроллером режима напряжения PolyPhase ® . Его очень низкое (± 1,25 мВ) смещение считывания тока делает разделение тока между параллельно включенными фазами очень точным, чтобы сбалансировать тепловую нагрузку.[10]

Рис. 12. Синхронный понижающий блок питания LTC3775 в режиме напряжения обеспечивает высокий коэффициент понижения.

Управление в режиме тока использует два контура обратной связи: внешний контур напряжения, аналогичный контуру управления преобразователей, управляемых режимом напряжения, и внутренний контур тока, который возвращает сигнал тока в контур управления. На рисунке 13 показана концептуальная блок-схема понижающего преобразователя с управлением в режиме пикового тока, который непосредственно измеряет выходной ток катушки индуктивности. В режиме управления по току ток катушки индуктивности определяется ошибочным выходным напряжением операционного усилителя.Катушка индуктивности становится источником тока. Следовательно, передаточная функция от выхода операционного усилителя V C до подачи выходного напряжения V O становится однополюсной системой. Это значительно упрощает компенсацию петли. Компенсация контура управления меньше зависит от нулевого ESR выходного конденсатора, поэтому можно использовать все керамические выходные конденсаторы.

Рис. 13. Блок-схема понижающего преобразователя с управлением по току

Есть много других преимуществ от текущего управления режимом.Как показано на Рисунке 13, поскольку пиковый ток катушки индуктивности ограничивается операционным усилителем V C по циклу, система с контролем режима тока обеспечивает более точное и быстрое ограничение тока в условиях перегрузки. Пусковой ток индуктора также хорошо контролируется во время запуска. Кроме того, ток катушки индуктивности не изменяется быстро при изменении входного напряжения, поэтому источник питания имеет хорошие характеристики переходных процессов в линии. Когда несколько преобразователей подключены параллельно, с контролем режима тока, также очень легко распределять ток между источниками, что важно для надежных приложений с высоким током, использующих понижающие преобразователи PolyPhase.В общем, преобразователь, управляемый режимом тока, более надежен, чем преобразователь, управляемый режимом напряжения.

Решение схемы управления текущим режимом должно точно определять ток. Сигнал измерения тока обычно представляет собой слабый сигнал с уровнем в несколько десятков милливольт, чувствительный к шуму переключения. Следовательно, необходима правильная и тщательная разводка печатной платы. Токовая петля может быть замкнута путем измерения тока катушки индуктивности через чувствительный резистор, падения напряжения DCR на катушке индуктивности или падения напряжения проводимости полевого МОП-транзистора.Типичные контроллеры текущего режима включают в себя Analog Devices LTC3851A, LTC3855, LTC3774 и LTC3875.

Постоянная частота и постоянное время включения

Типичные схемы режима напряжения и режима тока в разделе «Управление в режиме напряжения по сравнению с управлением в режиме тока» имеют постоянную частоту переключения, генерируемую внутренними тактовыми генераторами контроллера. Эти контроллеры с постоянной частотой коммутации можно легко синхронизировать, что является важной особенностью понижающих контроллеров PolyPhase с высоким током. Однако, если переходный процесс повышения нагрузки происходит сразу после выключения затвора Q1 управляющего полевого транзистора, преобразователь должен ждать все время выключения Q1 до следующего цикла, чтобы отреагировать на переходный процесс.В приложениях с небольшими рабочими циклами задержка в наихудшем случае близка к одному циклу переключения.

В таких приложениях с малым рабочим циклом управление режимом постоянного тока впадины с постоянным включением имеет меньшую задержку, чтобы реагировать на переходные процессы повышения нагрузки. В установившемся режиме частота переключения понижающих преобразователей с постоянным временем включения практически постоянна. В случае переходного процесса частота переключения может быстро измениться, чтобы ускорить переходный процесс. В результате источник питания имеет улучшенные переходные характеристики и выходную емкость, а связанные с этим затраты могут быть снижены.

Однако при постоянном контроле по времени частота коммутации может изменяться в зависимости от линии или нагрузки. LTC3833 - это понижающий контроллер в режиме минимального тока с более сложной архитектурой с контролируемым включением по времени - вариант архитектуры управления с постоянным включением с той разницей, что время включения регулируется таким образом, что частота переключения остается постоянной в течение стабильного этапа. условия в линии и под нагрузкой. С этой архитектурой контроллер LTC3833 имеет минимальное время включения 20 нс и позволяет понижать приложения с 38 В IN до 0.6В О . Контроллер можно синхронизировать с внешними часами в диапазоне частот от 200 кГц до 2 МГц. На рисунке 14 показан типичный блок питания LTC3833 с входным напряжением от 4,5 В до 14 В и выходом 1,5 В / 20 А. [11] На рис. 15 показано, что источник питания может быстро реагировать на внезапные переходные процессы нагрузки с высокой скоростью нарастания напряжения. Во время переходного процесса при повышении нагрузки частота переключения увеличивается, чтобы обеспечить более быстрый переходный процесс. Во время переходного процесса понижения нагрузки рабочий цикл падает до нуля. Следовательно, только выходная катушка индуктивности ограничивает скорость нарастания тока.В дополнение к LTC3833, для нескольких выходов или приложений PolyPhase, контроллеры LTC3838 и LTC3839 обеспечивают быстрые переходные многофазные решения.

Рис. 14. Быстродействующий источник питания с контролируемым постоянным током с использованием LTC3833

Рис. 15. Блок питания LTC3833 обеспечивает быстрое реагирование во время переходных процессов с быстрым скачком нагрузки

Ширина полосы пропускания и стабильность контура

Хорошо спроектированный SMPS работает бесшумно как в электрическом, так и в акустическом отношении. Это не относится к недокомпенсированной системе, которая обычно нестабильна.Типичные симптомы недокомпенсированного источника питания включают: слышимый шум от магнитных компонентов или керамических конденсаторов, дрожание формы волны переключения, колебания выходного напряжения и т. Д. Сверхкомпенсированная система может быть очень стабильной и тихой, но за счет медленной переходной реакции. Такая система имеет частоту кроссовера контура на очень низких частотах, обычно ниже 10 кГц. Конструкции с медленными переходными процессами требуют чрезмерной выходной емкости для соответствия требованиям регулирования переходных процессов, что увеличивает общую стоимость и размер источника питания.Оптимальная конструкция компенсации контура является стабильной и бесшумной, но без чрезмерной компенсации, поэтому она также имеет быструю реакцию для минимизации выходной емкости. В статье Analog Devices AN149 подробно объясняются концепции и методы моделирования силовых цепей и контуров контуров [3]. Моделирование слабых сигналов и разработка компенсации контура могут быть трудными для неопытных разработчиков источников питания. Инструмент проектирования LTpowerCAD компании Analog Devices обрабатывает сложные уравнения и делает проектирование источника питания, особенно компенсации контура, гораздо более простой задачей [5] [6].Инструмент моделирования LTspice ® объединяет все модели деталей Analog Devices и обеспечивает дополнительное моделирование во временной области для оптимизации конструкции. Однако стендовые испытания / проверка стабильности контура и переходных характеристик обычно необходимы на стадии прототипа.

В общем, производительность замкнутого контура регулирования напряжения оценивается двумя важными значениями: шириной полосы контура и запасом устойчивости контура. Полоса пропускания контура количественно определяется частотой кроссовера f C , при которой коэффициент усиления контура T (s) равен единице (0 дБ).Запас устойчивости контура обычно количественно определяется запасом по фазе или запасом по усилению. Запас по фазе контура Φ м определяется как разница между общей фазовой задержкой T (s) и –180 ° на частоте кроссовера. Запас усиления определяется разницей между усилением T (s) и 0 дБ на частоте, где общая фаза T (s) равна –180 °. Для понижающего преобразователя обычно считается достаточным запас по фазе 45 градусов и запас усиления 10 дБ. На рисунке 16 показан типичный график Боде коэффициента усиления контура для трехфазного понижающего преобразователя LTC3829 12V IN в 1V O / 60A.В этом примере частота кроссовера составляет 45 кГц, а запас по фазе - 64 градуса. Запас усиления близок к 20 дБ.

Рис. 16. Средство проектирования LTpowerCAD обеспечивает простой способ оптимизации компенсации контура и переходной характеристики нагрузки (трехфазный понижающий преобразователь LTC3829 с одним выходом).

Понижающий преобразователь PolyPhase для сильноточных приложений

По мере того, как системы обработки данных становятся быстрее и крупнее, их процессорам и модулям памяти требуется больше тока при постоянно уменьшающемся напряжении.При таких высоких токах требования к источникам питания увеличиваются. В последние годы синхронные понижающие преобразователи PolyPhase (многофазные) широко используются для источников питания высокого тока и низкого напряжения благодаря их высокой эффективности и равномерному распределению тепла. Кроме того, с чередованием нескольких фаз понижающего преобразователя можно значительно снизить ток пульсаций как на входе, так и на выходе, что приведет к сокращению входных и выходных конденсаторов, а также к уменьшению пространства на плате и стоимости.

В понижающих преобразователях PolyPhase точное определение и разделение тока становятся чрезвычайно важными.Хорошее распределение тока обеспечивает равномерное распределение тепла и высокую надежность системы. Из-за присущей им способности распределения тока в установившемся состоянии и во время переходных процессов обычно предпочтительны баксы с регулируемым режимом тока. Analog Devices LTC3856 и LTC3829 - это типичные понижающие контроллеры PolyPhase с точным измерением и распределением тока. Несколько контроллеров могут быть подключены последовательно к 2-, 3-, 4-, 6- и 12-фазным системам с выходным током от 20A до более 200A.

Рисунок 17.Трехфазный, одиночный V O Сильноточный понижающий преобразователь с использованием LTC3829

Другие требования к высокопроизводительному контроллеру

От высокопроизводительного понижающего контроллера требуется множество других важных функций. Плавный пуск обычно необходим для управления пусковым током во время пуска. Ограничение перегрузки по току и фиксация короткого замыкания могут защитить источник питания, когда выход перегружен или закорочен. Защита от перенапряжения защищает дорогостоящие нагрузочные устройства в системе.Чтобы минимизировать системные электромагнитные помехи, иногда контроллер необходимо синхронизировать с внешним тактовым сигналом. Для приложений с низким напряжением и высоким током дистанционное измерение дифференциального напряжения компенсирует падение напряжения на сопротивлении печатной платы и точно регулирует выходное напряжение на удаленной нагрузке. В сложной системе с множеством шин выходного напряжения также необходимы последовательность и отслеживание различных шин напряжения.

Схема расположения печатной платы

Выбор компонентов и схематическое проектирование - это только половина процесса проектирования поставки.Правильная разводка печатной платы импульсного источника питания всегда имеет решающее значение. На самом деле его важность невозможно переоценить. Хорошая компоновка оптимизирует эффективность питания, снижает тепловую нагрузку и, что наиболее важно, сводит к минимуму шум и взаимодействие между дорожками и компонентами. Чтобы добиться этого, разработчику важно понимать пути прохождения тока и потоки сигналов в импульсном источнике питания. Обычно для получения необходимого опыта требуются значительные усилия. См. Примечания по применению 136 и 139 Analog Devices для подробного обсуждения.[7] [9]

Выбор различных решений - дискретные, монолитные и интегрированные расходные материалы

На уровне интеграции системные инженеры могут решить, выбрать ли решение для дискретного, монолитного или полностью интегрированного модуля питания. На рис. 18 показаны примеры решений для дискретных модулей и модулей питания для типичных приложений с питанием от точки нагрузки. Дискретное решение использует микросхему контроллера, внешние полевые МОП-транзисторы и пассивные компоненты для создания источника питания на системной плате. Основной причиной выбора дискретного решения является низкая стоимость спецификации компонентов.Однако это требует хороших навыков проектирования источников питания и относительно длительного времени разработки. В монолитном решении используется ИС со встроенными силовыми полевыми МОП-транзисторами, чтобы еще больше уменьшить размер решения и количество компонентов. Это требует аналогичных дизайнерских навыков и времени. Полностью интегрированное решение с силовым модулем может значительно сократить усилия по проектированию, время разработки, размер решения и риски, связанные с проектированием, но обычно с более высокой стоимостью компонентов спецификации.

Рисунок 18. Примеры (а) дискретного входа 12 В IN - 3.Питание 3V / 10A LTC3778; (b) Полностью интегрированный 16V IN , Dual 13A или Single 26A LTM4620 µModule ® понижающий регулятор

Другие основные неизолированные топологии ИИП постоянного / постоянного тока

В этой заметке по применению понижающие преобразователи используются в качестве простого примера, демонстрирующего особенности проектирования SMPS. Однако существует как минимум пять других базовых топологий неизолированных преобразователей (повышающие, понижающие / повышающие, преобразователи Cuk, SEPIC и Zeta) и как минимум пять основных топологий изолированных преобразователей (обратноходовой, прямой, двухтактный, полумостовой и полный мост. ), которые не рассматриваются в этом примечании к применению.Каждая топология имеет уникальные свойства, которые делают ее подходящей для конкретных приложений. На рисунке 19 показаны упрощенные схемы для других неизолированных топологий SMPS.

Рисунок 19. Другие основные топологии неизолированных преобразователей постоянного тока в постоянный

Существуют и другие неизолированные топологии SMPS, которые представляют собой комбинации базовых топологий. Например, на рисунке 20 показан высокоэффективный синхронный повышающий / понижающий преобразователь с 4 переключателями на основе контроллера режима тока LTC3789. Он может работать с входными напряжениями ниже, равными или выше выходного напряжения.Например, вход может быть в диапазоне от 5 В до 36 В, а выход может быть регулируемым 12 В. Эта топология представляет собой комбинацию синхронного понижающего преобразователя и синхронного повышающего преобразователя с общей катушкой индуктивности. Когда V IN > V OUT , переключатели A и B работают как активный синхронный понижающий преобразователь, в то время как переключатель C всегда выключен, а переключатель D всегда включен. Когда V IN OUT , переключатели C и D работают как активный синхронный повышающий преобразователь, в то время как переключатель A всегда включен, а переключатель B всегда выключен.Когда V IN близок к V OUT , все четыре переключателя работают активно. В результате этот преобразователь может быть очень эффективным, с КПД до 98% для типичного приложения с выходом 12 В. [12] Контроллер LT8705 расширяет диапазон входного напряжения до 80 В. Чтобы упростить конструкцию и увеличить удельную мощность, LTM4605 / 4607/4609 дополнительно интегрируют сложный понижающий / повышающий преобразователь в простой в использовании силовой модуль высокой плотности. [13] Их можно легко использовать параллельно с распределением нагрузки для приложений с высокой мощностью.

Рис. 20. Высокоэффективный понижающий-повышающий преобразователь с 4 переключателями работает при входном напряжении ниже, равном или выше выходного напряжения

Сводка

Таким образом, линейные регуляторы просты и удобны в использовании. Поскольку их транзисторы последовательного регулирования работают в линейном режиме, эффективность питания обычно низкая, когда выходное напряжение намного ниже входного. Как правило, линейные регуляторы (или LDO) имеют низкие пульсации напряжения и быструю переходную характеристику. С другой стороны, SMPS работают с транзистором как с переключателем и поэтому обычно намного эффективнее линейных регуляторов.Однако проектирование и оптимизация SMPS более сложны и требуют больше знаний и опыта. Каждое решение имеет свои преимущества и недостатки для конкретных приложений.

использованная литература

[1] В. Ворпериан, «Упрощенный анализ преобразователей ШИМ с использованием модели переключателя ШИМ: части I и II», IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, март 1990 г., Vol. 26, №2.

[2] Р.Б. Ридли, Б. Х. Чо, Ф. К. Ли, «Анализ и интерпретация коэффициентов усиления контуров коммутационных регуляторов с многоконтурным управлением», IEEE Transactions on Power Electronics, стр. 489-498, октябрь 1988 г.

[3] Х. Чжан, «Моделирование и конструкция с компенсацией контура импульсных источников питания», Примечания по применению линейной технологии AN149, 2015.

[4] Х. Дин Венейбл, «Оптимальная конструкция усилителя обратной связи для систем управления», Технический документ Венейбл.

[5] Х. Чжан, «Проектирование источников питания за пять простых шагов с помощью LTpowerCAD Design Tool», Примечания по применению линейных технологий AN158, 2015.

[6] Инструмент проектирования LTpowerCAD на сайте www.linear.com/LTpowerCAD.

[7] Х. Чжан, «Рекомендации по компоновке печатных плат для неизолированных импульсных источников питания», Примечание по применению 136, Linear Technology Corp., 2012.

[8] Р. Доббкин, «Регулятор с малым падением напряжения может быть напрямую подключен к источнику тепла», LT Journal of Analog Innovation, октябрь 2007 г.

[9] К. Куек, «Схема источника питания и электромагнитные помехи», Примечания по применению линейной технологии AN139, 2013.

[10] М.Субраманиан, Т. Нгуен и Т. Филлипс, «Измерение тока DCR субмиллиомом с точным распределением многофазного тока для сильноточных источников питания», LT Journal, январь 2013 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *