Одноваттный преобразователь постоянного напряжения для цифровьк сетей с комплексным обслуживанием (ISDN)

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Очень велика потребность в маломощном преобразователе постоянного напряжения при рациональной и экономичной реализации цифровой сети с предоставлением комплексных услуг (ISDN). Принимая во вни­мание, что первоначально телефонная сеть была создана применитель­но к аналоговой телефонной связи, новая цифровая сеть, в дополнение к голосу, позволит передавать фактически любые типы данных, незави­симо от ширины полосы пропускания или скорости. Также, как можно с помощью розеток подключать к силовой сети с частотой 60 Гц очень много разных приборов, так и ISDN будет общим каналом для голосо­вой связи, спутниковой связи, телевидения, связи между компьютерами, факсимиле и для других данных. Кроме того, это будет реализовано без модемов, которые накладывают серьезные ограничения на скорость пе­редачи данных. Всемирная стандартизация даст возможность передать и получить любой информационный поток двоичных символов в пределах одного здания или также легко между удаленными странами.

Это предполагает, что логические схемы в каждом оконечном устройстве будут использовать существующую 5-вольтовую технологию. Считается, что в худшем случае поступающее постоянное напряжение питания может изме­няться от 24 до 42 В. Это требует применения импульсного стабилизатора, способного преобразовывать напряжения этого диапазона до уровня 5 вольт. Далее было решено, что необходима гальваническая развязка. Требуемый

К.П.Д. должен превышать 80 % с условием, что минимальный к.п.д. при ми­нимальной нагрузке (ддя сохранения информации в памяти) должен быть не ниже 55 %. Наконец, максимальная мощность должна быть порядка 1 Вт.

Когда конструктор пытается реализовать эти основные требования, то обнаруживает, что принцип проектирования немного отличается от того, который обычно использовался при более высоких уровнях мощности. Малые потери, которыми можно было пренебречь при большой мощнос­ти, оказывают важное влияние при уровне мощности 1 Вт. Например, ток в режиме холостого хода, составляющий незначительную долю при боль­шой мощности, может очень сильно уменьшить к.п.д. при малых уровнях мощности (ток холостого хода — это сумма всех токов, потребляемых ис­точником или преобразователем, при отключенной нагрузке). Утвержде­ние «чем выше частота переключения, тем лучше» уже не имеет силы по­тому, что «крошечные» потери, связанные с переключением, вихревыми токами и гистерезисом, оказывают заметное влияние на к.п.д. источника малой мощности. Установлено, что лучше принять частоту переключения как можно более низкой. Оказывается, что это приблизительно 18 кГц.

Фирма Siliconix разработала семейство ИС, включающих преобразо­ватель постоянного напряжения и схему управления им, специально предназначенных для удовлетворения требований, предъявляемых око­нечными устройствами системы ISDN в отношении электрических свойств и надежности. Одна из них, 5/9105, имеет встроенный мощный МОП-транзистор, который обеспечивает необходимую выходную мощ­ность 1 Вт. В схеме используется режим обратного хода с внешней ка­тушкой индуктивности, выпрямительными схемами и небольшим чис­лом пассивных элементов. Блок-схема ИС 5/9105 показана на рис. 20.7.

clip_image002

Рис. 20.7. Блок-схема ИС Si9105. Вместе с несколькими внешними пассивными элементами можно создать эффективный одноваттный преобразователь постоянного напряжения для питания оконечных устройств системы ISDN. Siliconix, Inc.

Хотя функциональные блоки очень похожи на узлы других ИС уп-раБления, некоторые особенности заслуживают специального упомина­ния. В интегральных схемах используется КМОП технология. Это поддер­живает ток холостого хода на низком уровне. Характерной особенностью является встроенный мощный выходной каскад на МОП-транзисторе. Второй МОП-транзистор используется в качестве предварительного ста­билизатора; заметьте, что этот транзистор работает в режиме обеднения. Частота генератора вдвое выше частоты переключения. Внутренние со­единения таковы, что в схеме имеет место обратная связь по току; сиг­нал обратной связи, пропорциональный току через катушку индуктивно­сти, получается в результате падения напряжения на внешнем резисторе, соединяющем вывод 4 с землей.

Полная принципиальная схема преобразователя постоянного напря­жения, использующего ИС 5/9105 показана на рис. 20.8.

clip_image004

Рис. 20.8. Принципиальная схема одноваттного преобразователя пос­тоянного напряжения. Это стабилизатор обратного хода, использу­ющий обратную связь по току. Siliconix, Inc.

По существу, это схема обратного хода, в которой дополнительная обмотка N2 обеспечивает обратную связь с гальванической развязкой к выводам 6 и 14. Кстати, обычным является отношение к основному индук­тивному компоненту источников обратного хода как к «связанным катуш­кам индуктивности», когда вторичные обмотки придают ему подобие транс­форматора. Это в значительной степени вопрос технической семантики -обычные трансформаторы создаются так, чтобы минимизировать запасен­ную энергию, а катушки индуктивности в схемах обратного хода конструи­руются так, чтобы в первичной обмотке во время нарастания тока запаса­лась электромагаитная энергия и затем внезапно сбрасывалась во вторич­ную обмотку или выпрямительную схему. Чтобы реализовать такой ха­рактер работы, конструктор должен обеспечить отсутствие магнитного насыщения во время нарастания тока, чтобы в течение этого времени удерживать высокое сопротивление первичной обмотки.

Кривая зависимости к.п.д. от выходной мощности на рис. 20.9 демонст­рирует, что внимание, которое было уделено к некоторым обычно незна­чительным факторам, дало результаты. К.п.д. практически во всем диапазо­не нагрузок составляет около 85 %. Вероятнее всего, этот преобразователь постоянного напряжения, учитывая небольшое число компонент и сто­имость при массовом производстве, окажется выгодным для питания око­нечных устройств системы ISDN. Экспериментатору можно предложить и другие применения этого преобразователя, поскольку легко добавить вы­ходные обмотки, подходящие для конкретного приложения. Стабилизация при изменении нафузки немного ухудшена из-за принятия компромиссно­го решения, связанного с гальванической развязкой, но вполне достаточна для большинства целей. Однако стабилизация при изменении входного на­пряжения, получаемая в результате использования обратной связи по току, очень хорошая и обеспечивает высокую помехоустойчивость к переходным процессам на входной шине постоянного напряжения.

clip_image006

Рис. 20.9. Зависимость к.п.д. от выходной мощности одноваттного преобразователя постоянного напряжения. Характеристика вполне удовлетворяет требованиям, предъявляемым оконечными устройст­вами системы ISDN. Siliconix. Inc.

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