Проектирование резонансного колебательного контура

October 22, 2011 by admin Комментировать »

Резонансный колебательный контур обеспечивает уникальную функциональность квазирезонансному импульсному источнику питания. Поскольку импульсные источники питания состоят из множества мощных элементов с различными паразитными характеристиками, резонансные топологии могут фактически превратить эти раздражающие паразитные характеристики в полезные функции источника питания. Искусство проектировщика заключается в том, чтобы знать, где локализованы паразитные характеристики и кок лучше разместить колебательный LC-контур, чтобы получить от него больше всего выгоды.

Колебательный контур состоит из реактивных элементов без каких-либо рези- стивных элементов, создающих потери. Он дает самый низкий импеданс ветви, когда импедансы индуктора и конденсатора эквивалентны друг другу, или сдвиг фазы в цепи равен нулю градусов. Эта точка называется естественной частотой резонанса. Если колебательный контур подвергается сигналу, частота которого равна частоте резонанса, то он, фактически, будет выдавать напряжение, уровень которого значительно превышает сигнал возбуждения. Степень такого "усиления" обозначают буквой "Q". Значение Q пропорционально величине резистивного демпфирования или потерям внутри колебательного контура. Будучи подвергнут одиночному

всплеску переходного процесса или ступенчатой функции, контур будет "звенеть" на своей естественной частоте резонанса, таким образом придавая проходящему через него входному сигналу синусоидальную Фоиму.

Рис. 4.12. Квазирезонансные топологии без изолирующего трансформатора

Рассмотрим, кяк квазирезонансные импульсные источники питания используют колебательные контуры в своих топологиях. Любая энергия, извлеченная выходом из колебательного контура, — это потеря энергии, хранимой в этом контуре. Проблема заключается в использовании энергии внутри колебательного контура, не нагружая его слишком сильно, чтобы испортить Q. Есть два способа извлечь энергию из колебательного LC-контура:

•                путем параллельного включения с конденсатором относительно высокого импеданса (параллельное нагружение);

•                путем последовательного включения с индуктором относительно низкого импеданса (последовательное нагружение).

Это приводит к появлению "подвидов" квазирезонансных импульсных источников питания с переключением при нулевом токе (или напряжении): последовательно-резонансные и параллельно-резонансные. Они различаются по способу на- гружения колебательного контура (рис. 4.15).

Рис. 4.13. Однотранзисторные квазирезонансные топологии с изолирующим трансформатором

 

Рис. 4.14. Квазирезонансные преобразователи с изолирующим трансформатором и двумя или более транзисторами

Рис. 4.15. Два метода нагружения резонансного колебательного контура

Исследуем, каким образом определить величины для индуктора и конденсатора. Прежде чем начать процесс проектирования, следует сделать несколько предположений, поскольку некоторые характеристики колебательного контура в приложении могут быть переменными. Вначале примем величину для Q колебательного контура. В данном случае значение Q сильно изменяется в зависимость от нагрузки на выходе источника питания, поэтому хорошим значением для начала будет gest = 5.

Далее, определим естественную частоту резонанса колебательного контура. Для доступных на рынке микросхем квазирезонансного контроллера частота лежит в пределах 1-2 МГц. Это ограничение следует рассматривать как максимальные пределы в стандартных квазирезонансных проектах. Так, обычно для естественной частоты резонанса выбирают значения в диапазоне 1-1,5 МГц. При более низких частотах может быть получено более высокое значение КПД. Формула для расчета частоты резонанса:

где L — значение резонансной индуктивности, Гн; С — значение емкости резонансного конденсатора, Ф.

Мы получили уравнение с двумя неизвестными. Очевидно, требуется еще одно соотношение, поскольку уравнению (4.15) будет удовлетворять множество разных величин.

Естественно предположить наличие некоего энергетического баланса между L и С, описываемого формулой:

Выполнив замену

Внимание!

Каждый раз при размещении резонансного конденсатора на выходе с низким напряжением возрастает входящая в конденсатор пульсация, поэтому тщательно проверяйте номиналы на соответствие их требованиям приложения.

В квазирезонансных источниках питания с ПНН, в которых используются мощные полевые МОП-транзисторы, емкость резонансного конденсатора (расположенного между контактами стока и истока) будет сложена с выходной емкостью (C0ss) МОП-транзистора во время его запирания. Некоторые разработчики используют только Coss- При таком подходе следует быть внимательным, поскольку эта емкость крайне нелинейна и изменяется в зависимости от напряжения и типа выбранного компонента. Однако, поступая так, разработчик снижает действие явления, называемого сбросом заряда (charge dumping). Во время перехода МОП-транзистора в состояние проводимости его сток должен шунтировать заряд, накопившийся в C0ss, на землю.

Обнаружение и устранение этих паразитных потерь в работе квазирезонансного источника питания — очень интересная задача, которой не стоит пренебрегать, поэтому тщательно проанализируйте функционирование источника и "поиграйте" с размещением колебательного контура.

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