Конструирование импульсных источников питания – ЧАСТЬ 3

October 29, 2014 by admin Комментировать »

•                    задать порог ограничения тока (порог защиты по току) силового МОП-транзистора в пределах (0,35…1,0) от максимально допустимого для данной микросхемы;

•                    задать максимальную величину рабочего цикла D в зависимости от величины в пределах от 0,38 до 0,78.

’ Кроме того, в ТОР обеспечивается «мягкое включение» и темпера- , турная защита. Последняя останавливает преобразователь, если температура кристалла микросхемы превысит 135 *С и включает его об- ι ратно при снижении температуры кристалла до 65 °С.

Минимальная рабочая температура -^40 ‘С.

Максимально допустимое напряжение на . стоке мощного МОП-транзистора — 700 В.

Рис. 3.6. Расположение выводов для разных типов корпусов

Время включения МОП-транзистора — 50^сек, время выключения — 100 нсек.

ТОР выпускаются в трех типах корпусов — ТО220-7С (индекс — Y), DIP-8B (индекс — Р) и SMD-8B (индекс G). Индекс является последней буквой маркировки микросхемы. Расположение выводов для разных типов корпусов приведено на рис. 3.6.

Наибольшими возможностями обладают микросхемы TOP24xY в – корпусах ТО220-7, которые имеют 6 выводов:

1       — С — обратная связь и питание внутренних схем управления ТОР,

2       — L — установка напряжения запуска и останова,

3       — X — установка порога ограничения по току,

4        — S — исток МОП-транзистора, общий провод управления,

5        — F — задание частоты переключения 132/66 кГц,

6        — отсутствует,

7        — D — сток МОП-транзистора.

Микросхемы ΤΟΡ23χΥ в корпусах ТО220-7 имеют 5 выводов — отсутствуют выводы 2, 6. Функции выводов L и X объединены на выводе 3. Этот многофункциональный вывод микросхемы назван М. Нумерация выводов С, S, F, D та же, что и у ТОР24х.

ТОР в корпусах DIP-8 и SMD-8 имеют несколько ограниченные возможности по сравнению с ТОР в корпусе ТО-220-7. Они могут работать только на одной частоте 132 кГц (отсутствует вывод F), а функции выводов L и X объединены в многофункциональном выводе. М.

Если выводы L, X (или М), F соединить с выводом S, микросхема работает с частотой 132 кГц, а все установки игнорируются:

•        преобразователь запускается при напряжении порядка 30 В;

•          отключается функция останова преобразователя при высоких значениях U^;

. · порог ограничения по току МОП-транзистора устанавливается равным максимально допустимому для данной микросхемы току; • максимальная величина рабочего цикла D устанавливается равной 0,78.

Основные параметры микросхем ТОР2хх приведены в табл. 3.1. Максимальный ток — порог срабатывания защиты по току при отключенной функции X (см. ниже). Может иметь разброс порядка ±7%.

Максимальная мощность без обдува — максимальная мощность, достижимая без принудительной вентиляции и поддержания температуры корпуса микросхемы не более SO ‘С.

Таблица 3.1

Максимальная мощность с обдувом — максимальная мощность при использовании принудительного обдува и температуре корпуса микросхемы не более 50 *С.

Значения мощности приведены для источников, рассчитанных на напряжение сети 220 В ±20%. Если источник рассчитывается на универсальное использование (Европа/Америка), то интервал возможного изменения напряжения сети будет 85…264 В. В источниках для универсального использования при низких напряжениях сети импульсный ток ключа будет больше, чем в источниках на 220 В. Поэтому максимальную мощность надо уменьшить в 1,3…1,4 раза.

R*, — максимальное сопротивление канала открытого МОП-траистора при температуре кристалла 25 *С.

R,, — максимальное сопротивление канала открытого МОП-траистора при температуре кристалла 100 *С.

2.2.                                                                                                                                                                                Работа ТОР2хх

Типовое включение микросхемы ТОР24х в сетевом источнике питания показано на рис. 3.7. В состав электрической схемы источника входят:

•          микросхема ТОР24х (обведена жирной рамкой), предохранитель Fu и токоограничивающий резистор Rorp, входной фильтр помех Сф„ь ЬфП, сетевой’выпрямитель VDC, Сфс, цепь ограничения выброса VDZc, YDC, Сс, Rc, силовой трансформатор Тр, конденсатор фильтра помех Сдо,

•          ВЫХОДНОЙ выпрямитель VD0Ut, C0utl, Cout2, Lout.

•          схема обратной связи (обведена пунктиром), резисторы установки режима RL, RX.                }

На рис. 3.7 показана предельно упрощенная внутренняя структура ТОР. Ее ядром является схема управления, вырабатывающая широо-модулированные импульсы включения/выключения силового ключа S, выполненного на МОП-транзисторе.

Для управления ШИМ используется Напряжение обратной связи с выхода усилителя сигнала ошибки А, которое через фильтр Rel, R^, Се подается на схему управления. Частота среза фильтра — 7 кГц, что эффективно подавляет помехи с частотой переключения МОП-траистора. Помимо сигнала обратной связи, на схему управления ТОР подаются сигналы L, X, и F.

Питание внутренней схемы управления ТОР осуществляется от вывода С, т. е. при отключенном выводе С микросхема функциони-Рис. 3.7. Типовое включение микросхем ТОР

ровать не будет. Для питания схемы управления ТОР требуется весьма небольшой ток. Основным потребителем по цепи вывода С является вход усилителя сигнала ошибки А, который в рабочем режиме (т. е. при работающем преобразователе) имеет низкое входное динамическое сопротивление порядка 15 Ом. Поэтому управление ШИМ фактически осуществляется током вывода С. При минимальном токе вывода С — Icmin = 2,0…2,6 мА величина рабочего цикла D = 0,78 = Dmax (если не задано ограничение по установочному выводу L). При максимальном токе Icroax = 6,0…6,6 мА величина рабочего цикла снижается до нуля. Зависимость D от 1„ обратная: с увеличением 1с происходит уменьшение рабочего цикла Р и с уменьшением 1с происходит увеличение величины D. Благодаря низкому динамическому сопротивлению вывода С изменение напряжения на этом выводе в полном рабочем диапазоне изменения тока 1с весьма мало —                               , что обеспечивает достаточно высокий коэффициент стабилизации источника.

Между выводами D и С может включаться генератор тока 1,6 мА Включение/выключение генератора осуществляет схема управления.

Источник питания на микросхеме ТОР24х работает следующим образом. В момент времени t, (см. рис. 3.8) на вход источника подается сетевое напряжение Ue. Он^ыпрямляется, конденсатор сетевого фильтра Сф,. начинает заряжаться. В момент времени t2 напряжение на Сф,. достигает 25…30 В и внутренний источник тока 1,6 мА, имеющийся в ТОР, начинает выдавать ток. Схема управления ТОР измеряет напряжение на выводе С микросхемы и, поскольку это напряжение равно нулю, подключает генератор 1,6 мА к цепи вывода С. Ток гене-

ратора заряжает внешние конденсаторы С,,.,, С^· Когда напряжение на выводе С достигает 5,8 В (момент времени t3), схема управления отключает генератор 1,6 мА от цепи вывода С и запускает преобразователь — т. е. начинает замыкать и размыкать мощный МОП-транзтор S с частотой 132 кГц. В течение короткого времени схема управления получает питание от конденсаторов 0«.,, С^, затем на выходе СОС появляется напряжение обратной связи, которое используется для управления ШИМ-модулятором ТОР и для питания схемы управления ТОР.

Если по какой-либо причине нормальная работа источника нарушена (перегрузка по току или короткое замыкание на выходе), схема управления останавливает работу преобразователя — перестает выдавать на затвор МОП-транзистора (S) управляющие импульсы (момент времени t4). Схема обратной связи перестает выдавать напряжение обратной связи, конденсаторы С,,.,, начинают разряжаться. Когда напряжение на выводе С ТОР уменьшится до 4,8 В, схема управления подключает генератор тока 1,6 мА к выводу С. Конденсаторы С«|) 0>с2 снова начинают заряжаться. Однако, когда напряжение на выводе С достигнет 5,8 В, запуска преобразователя не происходит. Вместо этого схема управления отключает генератор тока от вывода С и ждет разряда конденсаторов Οκ„ до напряжения 4,8 В. Формируется восемь таких циклов заряд/разряд, и только на восьмом происходит повторный запуск преобразователя. Такой «прореженный» в 8 раз повторный запуск преобразователя после обнаружения аварийной ситуации позволяет снизить потребление, например при устойчивом коротком замыкании на выходе. При рекомендуемой величине емкости 0>с1 = 47 мкФ повторный запуск происходит с периодичностью порядка 1 сек.

Если при повторном запуске аварийная ситуация не обнаружена (момент времени tj), запуск происходит успешно и источник начинает выдавать напряжение Ц^,. Если при перезапуске опять обнаружена аварийная ситуация, ТОР производит новые 8 циклов заряд/разряд выходной цепи и делает попытку еще одного перезапуска. И так далее.

Если ток вывода С становится меньше 1,5 мА преобразователь отключается, схема управления ждет снижения напряжения вывода С до уровня 4,8 В, затем подключает к выводу С генератор тока и т. д. После 8 циклов заряд/разряд конденсаторов 0*1» 0*2 ТОР делает попытку перезапуска.

При уменьшении тока нагрузки 1,ых величина рабочего цикла D уменьшается. Если рабочий цикл стал меньше 0,1, схема управления ТОР24х начинает линейно уменьшать как величину рабочего цикла, так и частоту преобразования. При рабочей частоте FM = 132 кГц частота на малой нагрузке может уменьшиться до 30 кГц. При Fm = 66 кГц минимальная частота на малой нагрузке равна 15 кГц. Такая особенность ТОР24х позволяет резко снизить потери на переключение при малых нагрузках (например, в дежурном режиме работы источника).

Источник: Под редакцией А. Я. Грифа, Оригинальные схемы и конструкции. Творить вместе! — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 200 с.: ил. – (Серия «СОЛОН – РАДИОЛЮБИТЕЛЯМ», вып. 23)

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