Источник питания с фазовым управлением

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Источник питания с фазовой модуляцией является одной из самых после­дних разработок стабилизированных источников питания. Он может быть хорошим предвестником будущих конструкций, удачно объединяющих вы­сокий к.п.д., невысокую стоимость и легкое подавление электрических по­мех. Эти схемы также хороши для массового производства, потому что их характеристики менее чувствительны к разбросам внешних компонент, чем у других высокочастотных схем. На первый взгляд фазовая модуляция может показаться более сложной, чем ШИМ или резонансный режим ра­боты. Одно время это действительно могло быть воспринято как реальное препятствие на пути к их применению. Однако при существующем состо­янии развития, пользователю не надо заботиться о том, сложен этот метод или нет, вся логика и управление встроены в дешевую управляющую ИС. К тому же у различных поставщиков можно найти четыре внешних пере­ключающих МОП-транзистора в виде одного модуля.

Компания Micro Linear Софога^оп была пионером в практической реализации этого интересного метода стабилизации. Структура ИС AfL4818 этой фирмы показана на рис. 18.20. Упрощенная схема, иллюст­рирующая ее применение в стабилизированном источнике питания, изображена на рис. 18.21.

Чтобы лучше разобраться в работе этой схемы, прежде всего надо по­нять что она собой не представляет. Она не является резонансной схемой стабилизации. Это может показаться странным в связи с тем, что ее ра­бота напрямую связана с обменом запасенной энергии между индуктивно­стью (индуктивность рассеяния выходного трансформатора) и емкостью (паразитная выходная емкость мощных МОП-транзисторов). Паразитные реактивные сопротивления показаны на рис. 18.21 потому, что они име­ют непосредственное отношение к работе. Определить индуктивность рассеяния трансформатора не просто, но ее точная величина не критич­на, потому что выбором единственного внешнего резистора, подключен­ного к выводу 12, можно обеспечить работу с трансформаторами, имею­щими различные индуктивности рассеяния. Другими словами, надежная работа источника питания не связана с какой либо дискретной частотой переключения; любая выбранная частота остается постоянной.

Четыре мощных МОП-транзистора включены по схеме не выпрями­тельного моста, а так называемого Я-моста, который часто используется в цепях сервопривода и управления двигателем. Я-мост выполняет опе­рацию, противоположную той, которую осуществляет выпрямительный мост; выпрямительный мост преобразует переменное напряжение в по­стоянное, а Я-мост позволяет преобразовать постоянное напряжение в переменное. На рис. 18.22 изображен электромеханический аналог Я-мо­ста. Показаны состояния коммутатора, необходимые для формирования одного полного цикла. Видно, что Я-мост способен преобразовать одно-полярное напряжение в настоящее двуполярное переменное напряжение.

clip_image002

Рис. 18.20. Структура ИС Л//4818, используемой для управления ста­билизатором с фазовой модуляцией. Четыре двухтранзисторных выхода предназначены для использования с внешними выходными каскадами Я-моста. Стабилизацию можно выполнить со стабилизацией по току или без нее. Используется фиксированная частота переключения. Micro Linear СофогаНоп.

clip_image004

Рис. 18.21. Упрощенная схема стабилизированного источника с фазо­вой модуляцией. Четыре мощных МОП-транзистора, включенные по схеме Я-моста, управляются логическими сигналами от ИС Л/14818. Режим переключения при нулевом напряжении обусловлен наличием в схеме паразитных реактивностей. Micro Linear Corporation.

clip_image006

Рис. 18.22. Электромеханический аналог Я-моста. Сравнение пере­ключателей в соответствующие моменты времени создает переменный ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора. Это ин­дуцирует во вторичной обмотке (не показанной на рисунке) пере­менное напряжение. Отметим, что здесь достаточно одного источника постоянного напряжения.

В упрощенной схеме (рис. 18.21) на четыре мощных МОП-транзисто­ра, являющихся элементами Я-моста, подана такая последовательность логических сигналов, что на выходном трансформаторе образуется на­пряжение одной половины периода, когда транзисторы QI и Q2 включе­ны. Затем с помощью логических сигналов, включающих транзисторы Q3 и 04, формируется вторая половина. В течение этих двух полупериодов в трансформаторе течет ток в противоположных направлениях. Поэтому во вторичной обмотке трансформатора (на рисунке не показана) появляется нормальное переменное напряжение. Это все достаточно просто; однако между периодами проводимости наблюдается явление, которое приводит к режиму переключения при нулевом напряжении.

Изучение формы сигналов на рис. 18.23 показывает, что периоды проводимости транзисторов начинаются, когда сигнал А\ принимает вы­сокий уровень, чтобы сформировать первый полупериод, а затем, когда высокий уровень принимает сигнал А2, формируется второй полупериод. Фиксированного времени задержки появления этих проводящих состоя­ний достаточно, чтобы предотвратить нежелательные состояния проводи­мости в Я-мосте. Время задержки, обозначенное как T^^iay, определяется сопротивлением резистора, связывающего вывод 12 ИМ ML4SIS с зем­лей. Заметим также, что периоды проводимости заканчиваются, когда сигналы на выходах ^1и В2 принимают низкий уровень.

clip_image008

Рис. 18.23. Форма сигналов в стабилизаторе с фазовой модуляцией. Обратите внимание на фиксированную задержку Т^^^^у и переменную задержку Tp^j. В отличие от резонансных стабилизаторов рабочая частота здесь фиксирована.

Таким образом, логические уровни сигналов А\ и А2 определяют на­чала полупериодов, а логические состояния сигналов В\ vi В2 указывают конец полупериодов. Однако здесь появляется вторая задержка Т^^^ Эта задержка, в отличие от первой, не фиксирована и служит для управления длительностью проводящих состояний транзисторов. Поскольку эта пе­ременная задержка сделана зависимой от выходного напряжения источ­ника, имеется возможность стабилизации напряжения.

clip_image010

Рис. 18.24. 350-ваттный преобразователь с фазовой модуляцией, использующий обратную связь по току. Как и в стабилизаторах с ШИМ, обратная связь по току не обязательна. В этой схеме она обеспечивается с помощью двух трансформаторных датчиков с коэффициентом трансформации 25:1, а не резисторами. Micro Linear Corporation.

Вполне естественно увидеть в этом методе сходство с широтно-им­пульсной модуляцией (ШИМ). Однако кажется, что различия, имеющи­еся в формировании переменной задержки достаточны, чтобы дать этим методам различные названия. Особенно существенным отличием являет­ся упомянутое выше переключение в Я-мосте при нулевом напряжении. Процесс переключения сопровождается постоянно чередующимся заря­дом и разрядом паразитной выходной емкости четырех мощных МОП-транзисторов. Это связано с обменом энергией между индуктивностью рассеяния выходного трансформатора и паразитными выходными емкос­тями МОП-транзисторов. Когда Вы сталкиваетесь с фразой «обмен энергией между индуктивностью и емкостью», это естественно вызывает мысли о резонансе. Однако в этой схеме возможность появления резо­нансных явлений исключена – при циркуляции заряда между индуктив­ностью и емкостью, в тот момент, когда МОП-транзистор должен вклю­чаться, напряжение между стоком и истоком равно нулю.

Схема 350-ваттного преобразователя с фазовой модуляцией показана на рис. 18.24. В этой схеме применена также обратная связь по току. Приблизительная частота колебаний генератора составляет 175 кГц. Опт­рон используется в цепи обратной связи по напряжению, чтобы сохра­нить изоляцию, обеспечиваемую выходным трансформатором. Интерес­ная для экспериментатора ИС MZ4818 может работать в преобразователях этого типа на частоте около 1,5 МГц.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты