Конструирование импульсных источников питания – ЧАСТЬ 9

November 14, 2014 by admin Комментировать »

Диод VDC должен быть рассчитан на импульсный ток не менее 1 А. При выходной мощности до 60 Вт практически всегда хорошие результаты дает применение импульсных диодов BYV26C, которые имеют реальное время включения порядка 30 нсек.

Выбор конкретной схемы ограничения зависит от энергии выброса напряжения. Энергия выброса зависит от конструкции трансформатора (по большому счету, от формы и материала сердечника) и от выходной мощности источника. При прочих равных условиях энергию выброса можно несколько снизить, уменьшив напряжение «добавки» Up. Поэтому при использовании незнакомого сердечника и мощности свыше 15 Вт следует применить схему ограничения «по полной программе», т. е. с установкой R^ VDZC и Сс. Это гарантирует защиту ТОР от пробоя МОП-транзистора при любом качестве трансформатора. Напряжение Up для этого пробного варианта следует выбрать порядка 100 В. Далее, при испытаниях собранного источника, следует постепенно повышать нагрузку, измеряя при этом напряжение на конденсаторе Сс относительно общего провода ТОР (вывод S). Если при максимальной мощности источника это напряжение на превышает (550…600) В, то можно попробовать отключить стабилитрон VDZC. Далее следует проверить, не перегревается ли диод VDC. При перегреве VDC и навязчивом желании обойтись без стабилитрона придется снизить величину Up и далее, пересчитать и перемотать трансформатор.

При пробном включении можно попробовать оставить в ограничителе только диод VDC и стабилитрон. Постепенно повышая мощность, проверить, не перегревается ли стабилитрон и VDC. При перегреве этих элементов и нежелании использовать Rp, Сс придется уменьшить величину ир, чго заставит перемотать трансформатор. Уменьшение величи ны напряжения Up приводит к увеличению максимального обратного напряжения на выпрямительном диоде VD^. Приходится применять более высоковольтные диоды, которые имеют большее по сравнению с низковольтными прямое падение напряжения и, следовательно, большие потери.

Если даже для простых вариантов ограничителя его элементы не перегреваются, то можно увеличить величину Up до 130…140 В.

При мощности источника до 10 Вт, напряжении Up = 100…120 В и сердечниках типа PQ, EFD, ЕС, КВ в качестве ограничителя достаточно применить диод VDC и стабилитрон VDZc-

Следует также отметить, что схема ограничения весьма эффективно демпфирует паразитные колебания, возникающие при размыкании силового ключа (рис. 3.10).

6.6.                                            Фильтр выходных помех’

Включение конденсатора Сфп2 позволяет в 5—10 раз снизить амплитуду пульсаций на выходе источника. Такое решение (пригодное для абсолютного большинства применений) подразумевает, что один из выходных проводов U,^ будет заземлен. Для некоторых целей (например, для измерений , электрических сигналов мозга или сверхтонких научных экспериментов) такой метод снижения пульсаций не пригоден, так как существует некий слабый пульсирующий ток в цепи заземления. В таком случае конденсатор Сдо не ставится, а в цепи выходного напряжения UBUX включается дифференциальный фильтр, аналогичный Сф„„ Цп (рис. 3.7).

6.7.                            Выходной выпрямитель

Требования к диоду VD0Ut следующие. Максимальный импульсный ток диода

где 1ВЫхщах — максимальный постоянный выходной ток источника,

Цпп — величина рабочего цикла при максимальном напряжении питающей сети.

Максимальное обратное напряжение  где иипих — максимальное выпрямленное напряжение питающей сети.

Время выключения МОП-транзистора в ТОР составляет 100 нсек. Если диод VD^, выключается за большее время, то при смене полярности на его аноде диод будет какое-то время открыт в начале «прямого хода» преобразователя. То есть запаздывание закрывания диода приводит к тому, что на время запаздывания медленный диод является просто проводником. Это влечет потери мощности и перегрев диода VD0Ut. Поэтому в качестве VD^ следует использовать диоды Шоки, обладающие достаточным быстродействием.

С учетом того, что форма импульса тока не прямоугольная и с добавлением некоторого запаса должен быть выбран диод с максимальным импульсным током:

и максимальным обратным напряжением:

I

Суммарная величина емкости конденсаторов = Q*, + С^:

I

Если в фильтре выходного выпрямителя использовать только один конденсатор С**, то из-за прерывистого характера тока, заряжающего/ разряжающего этот конденсатор, напряжение пульсаций будет иметь «ступенчатую» составляющую, вызванную падением напряжения на сопротивлении выводов С^. Для устранения этих «ступенек» применяется LC-фильтр L*,, Ο*. Понятно, что увеличение величины индуктивности L,*, до бесконечности приведет к полной фильтрации «ступенек». Однако при большой величине вход схемы обратной связи окажется развязанным от выхода источника при бросках нагрузки, что приведет к потере стабилизации. Действительно, при изменении тока нагрузки 1ВЫХ ток в дросселе не может мгновенно измениться. При большой величине индуктивности схем% обратной связи не будет «чувствовать» изменение нагрузки, пока ток дросселя не станет равным выходному. То есть источник будет стабилизировать медленные изменения выходного напряжения и не замечать быстрые.

Чтобы не плодить дополнительных рассуждений, можно положить, что для большинства практических случаев индуктивность дросселя Ц,,,, следует выбирать в пределах 4…10 мкГн. Это может быти готовая индуктивность, например типа КИГ на соответствующий ток. При самостоятельном изготовлении Ц*,, можно использовать обломок ферритового стержня диаметром 6…10 мм и длиной 1S…20 мм или взять гантелеобразный сердечник (в просторечии — «грибок») с диаметром шляпки 10…12 мм. В обоих случаях проницаемость феррита должна быть в пределах 1000…2000, а количество витков — 8… 15.

Емкость конденсатора Сош2 выбирается в пределах 0,1…0,5 от Qmtl (но суммарная емкостьдолжна удовлетворять усло вию 6.3.

Следует особо остановиться на выборе типа конденсаторов Qxitl> Cout2. Токи заряда/разряда этих конденсаторов могут составлять несколько ампер, что приводит к их нагреванию. При выходной мощности источника менее 20…30. В это не так заметно, но при больших мощностях возможно «вскипание» электролита в конденсаторе и его взрыв. Избежать таких неприятностей позволит применение электролитических конденсаторов, специально разработанных для импульсных источников питания (но дорогих). Другим вариантом будет замена каждого конденсатора двумя-тремя конденсаторами с суммарной емкостью, равной расчетной, и рабочим напряжением, в 2—3 раза превышающим UBb(X. Такое распараллеливание позволяет также уменьшить паразитную индуктивность выводов.

6.8.                                                  Схема обратной связи

Схема обратной связи выполняет три основные функции:

•          измеряет отклонение величины выходного напряжения источника ивых от номинального зцачения и вырабатывает сигнал ошибки, пропорциональный измеренному отклонению. Этот сигнал в виде управляющего тока подается на вывод С ТОР;

•          после запуска источника обеспечивает питание внутренней схемы управления ТОР через тот же вывод С;

•          обеспечивает гальваническую развязку выходных цепей источника от питающей сети.

Самый дешевый вариант схемы управления представлен на f рис. 3.11.   I

Предполагается, что выходная обмотка п2 и служебная обмотка Пь, жестко связаны через магнитное поле сердечника трансформатора Тр и поэтому выпрямленное напряжение служебной обмотки имеет однозначное соответствие с выходным напряжением источника U>HX. Обмотки рассчитываются таким образом, чтобы при но- ‘ минальном напряжении июх (7,5 В для рассматриваемого примера)

напряжение на выходе служебного выпрямителя VD1, LI, С1 равнялось υαορ + Цм, где Uaop = 5,8 В — напряжение на выводе С ТОР в рабочем режиме, a Udz2 — напряжение стабилизации-стабилитрона VD2. После запуска преобразователя напряжение UBMX начинает расти. Когда напряжение на выходе служебного выпрямителя становится равным напряжению стабилизации стабилитрона, последний открывается. Однако напряжения на выводе С не достаточно для работы ТОР. Когда напряжение UBUX достигает 7,5 В, напряжение на выходе служебного выпрямителя становится равным 5,8 + 4,3 = 10,1 В, а на выводе С ТОР — 5,8 В. ТОР входит в рабочий режим. При повышении напряжения на выходе служебного выпрямителя увеличивается ток вывода С, что вызывает уменьшение величины рабочего цикла D и уменьшение напряжения на выходе служебного выпрямителя. При понижении этого напряжения происходит обратный процесс. Резисторы Rl, R2, R3 и конденсаторы С2, СЗ образуют фильтр цепи обратной связи. Его параметры рекомендованы изготовителями ТОР.

Схема обратной связи (рис. 3.11) удовлетворительно работает при I сильной связи обмоток п,, nte. Такую схему можно рекомендовать для источников с фиксированной нагрузкой. В случае, например, сброса нагрузки до нуля напряжение может подскочить в 1,2…1,8 раза в зависимости от конструкции трансформатора и типа сердечника.

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