Конструирование импульсных источников питания – ЧАСТЬ 7

December 4, 2014 by admin Комментировать »

Предположим, что после подачи питания ТОР успешно запустился. В момент запуска конденсаторы выходного выпрямителя Сои(|, Сош2 разряжены. Поэтому схема обратной связи выдает в управляющий вывод С минимальный ток, соответствующий максимальной величине рабочего цикла = 0,78. За первый импульс приращение тока ключа составит

То есть при отсутствии «мягкого включения» уже на первом импульсе ток ключа превысит более чем в три раза пиковый ток ключа установившегося режима. При этом для ТОР232/242 сработает защита по току (порог — 0,5/0,45 А). При отсутствии защиты по току уже на 12—15 импульсе ток ключа превысит 10 А (см. рис. 3.8).

В ТОР функция «мягкого включения» имеется.

Описать полностью переходной процесс, происходящий при этом (рис. 3.9), можно, разбив его на 3 этапа:

•        этап 1 — «разгон» источника, этап 2 — переход к стационарному режиму, этап 3 — стационарный режим.

На этапе 1 происходит заряд выходных конденсаторов Cotttl, до номинального напряжения 5 В. По мере возрастания выходного напряжения большая часть тока выходного выпрямителя уходит не на заряд конденсаторов, а в нагрузку. Амплитуда импульса тока ключа возрастает от нуля в начале этапа разгона до максимума в конце этапа. Благодаря наличию «мягкого включения» возрастание амплитуды импульсов тока происходит сравнительно медленно.

В начале этапа 2 выходное напряжение источника становится равным номинальному. Схема обратной связи увеличивает ток вывода С микросхемы ТОР, схема управления ТОР уменьшает величину рабочего цикла D. В индуктивностях трансформатора Тр остается некоторая избыточная энергия, которая в виде тока отдается в конденсаторы C0U,|, Cout2, поэтому выходное напряжение источника «проскакивает» номинальное значение 5 В и становится несколько выше 5 В, превы-

Рис. 3.9. График функции «мягкого включения».

(Три этапа переходящего процесса.)

шая номинальное значение на dU^,. Реагируя на это превышение напряжения, ТОР дополнительно уменьшает величину D, амплитуда импульса тока ключа дополнительно уменьшается. Возможно, что уменьшение величины D приведет к тому, что напряжение U^, станет несколько ниже номинального, т. е. возникнут затухающие колебания. По их окончании напряжение U„ становится равным номинальному, а импульсный ток ключа — равным стационарному значению с пиком 270 мА. Этап 2 заканчивается.

На этапе 3 выходное напряжение и пиковое значение тока ключа остаются постоянными (если не происходит изменение нагрузки — см. далее).

Результаты компьютерного моделирования для разных значений суммарной емкости, конденсаторов С^, = С^, + и нагрузки 1,666 Ом сведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Пиковые значения Ismax для тех же условий при отсутствии нагрузки приведены в табл. 3.6.

^Таблица 3.6

Анализ полученных результатов показывает, что величина максимального пикового тока ключа на этапе «разгона» источника (при выходе на режим после включения) может значительно превышать стационарное значение пикового тока при максимальной нагрузке. Даже при включении источника без нагрузки (стационарное значение пикового тока близко к нулю) максимальный пиковый ток ключа на переходном процессе сравним или превышает значение стационарного пикового тока при полной нагрузке. Величина максимального пикового тока на переходном процессе напрямую зависит от величины емкости конденсаторов выходного выпрямителя.

5.2.                                                        Броски нагрузки

В установившемся режиме при скачкообразных изменениях сопротивления нагрузки источник не сразу отрабатывает эти броски. Поэтому напряжение на выходе источника, например, при скачкообразном увеличении нагрузки в первый момент времени должно уменьшиться, поскольку источник «по инерции» продолжает выдавать ток, соответствующий прежней нагрузке, и нехватку тока нрузка забирает из конденсатора Cout = Cout, + C^. Далее схема управления ТОР форсирует выходной ток, подзаряжая выходной конденсатор Соц, до номинального напряжения, и выходит на установившийся режим работы с новым выходным током. Из самых общих соображений может показаться, что, чем больше величина емкости конденсаторов С^,,, Cout2, тем меньше должны быть скачки выходного напряжения UBUX, вызванные бросками нагрузки, и тем меньше должны быть броски импульсного тока ключа. Однако оказывается, что благодаря глубокой обратной связи и высокому быстродействию ТОР величина скачков напряжения при бросках нагрузки мало зависит от суммарной величины Сои| = С^,, + 0Μ2. Результаты моделирования описанного источника при броске нагрузки от 0 до 3 А приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Основной вывод из анализа данных табл. 3.7 — при емкости Сд,, > 300 мкФ реакция источника на броски нагрузки мало зависит от величины емкости конденсатора С^,.

Суммируя все полученные данные, можно сказать, что, чем меньше величина суммарной емкости СоШ конденсаторов выходного выпрямителя источника, тем с меньшими бросками импульсного тока ключа этот источник отрабатывает переходные процессы (при приемлемой величине колебаний выходного напряжения). Реально на переходной процесс влияет, конечно, не емкость конденсатора C^,, а величина электрического заряда, который надо «загрузить» в конденсатор СоШ после включения источника, чтобы напряжение на С^ стало равным номинальному выходному напряжению иш. Проведенное моделирование источников с различной выходной мощностью и различными выходными напряжениями показало, что максимальная величина пикового тока ключа на переходных режимах не превышает

1,5..           .1,8 от пикового тока ключа в установившемся режиме на максимальном выходном токе при «запасаемом» в С^, заряде не более ,800 мкКл на каждый ампер выходного тока. В виде формулы это условие можно выразить в следующем виде:

где

5.3.                                                                Пульсации

Уменьшение величины С0|1, уменьшает величину бросков импульсного тока ключа при переходных процессах, но увеличивает амплитуду пульсаций выходного напряжения источника, вызванных прерывистым характером тока диода Ош, выходного выпрямителя. Бели не учитывать влияния сопротивления и индуктивности выводов конденсатора Со,,,, то форма пульсаций на выходе источника будет близка к треугольной (рис. 1.7, е). На «обратном ходе» цикла конденсатор Сои1 подзаряжается, на «прямом ходе» — разряжается. В установившемся режиме максимальная величина уменьшения напряжения dUC0Ut на конденсаторе Сош при разряде определяется выражением:

I

\

Отсюда при заданной величине пульсацийможно получить формулу для расчета минимальной величины емкости выходного конденсатора С01П:

Если задать максимальную величину пульсаций 0,5% от Ц^,, то

Подставив значения Т = 7,567 мксек, = 0,4 и приведя выражение к удобному для работы виду, получаем:

где Сош – МКФ, 1Вых max – A, UBbnt – В.

Выражения (5.1) и (5.4) дают пределы выбора величины емкости . При такой величине емкости С^, амплитуда пульсаций выходного напряжения не превышает 0,5% от UBUX, а максимальный пиковый ток МОП-транзистора ТОР на переходных процессах не превышает 1,5…1,8 от пикового тока стационарного режима. .

6.             Особенности схемотехники импульсных источников питания на ТОР и требования к отдельным элементам

В схеме источника питания (рис. 3.7) можно выделить несколько основных функциональных узлов. Каждый такой узел может содержать минимальное количество элементов (даже один) и вводится в схему для выполнения какой-то одной конкретной функции или нескольких связанных функций.

Ниже подробно описана работа всех узлов (за исключением силового трансформатора, для которого выделен отдельный раздел).

6.1.                                                       Предохранитель Fu

Быстродействие современной силовой электроники таково, что в случае возникнования какой-то аварийной ситуации, приводящей к большому скачку тока сети, электроника успевает благополучно сгореть прежде, чем плавкий предохранитель отреагирует на перегрузку. В схеме (рис. 3.7) спасти ТОР от аварийных ситуаций может только сам ТОР, ведь недаром в нем содержится такое множество защит. Если ТОР все же выходит из строя с превращением МОП-транзиста в короткое замыкание (что бывает крайне редко), то предохранитель, во-первых, спасает питающую сеть от пожара и, во-вторых, облегчает ремонт сгоревшего блока, не давая выгореть проводникам печатной платы. В отличие от устройств с трансформатором на 50 Гц, в импульсных сетевых источниках бросок тока при включении источника в сеть, вызванный зарядом конденсатора Сс, может достигать десятков ампер. Поэтому номинальный ток предохранителя должен выбираться порядка (Ю…15)1с, где(Р^ — вы ходная мощность источника, Ucmto — минимальное напряжение сети). Поскольку предохранитель практически никогда не придется менять, удобно использовать предохранители типа ВП4, имеющие размеры резистора МЛТ-0,25 и впаиваемые в печатную плату без специального держателя.

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