Схема двухтактного блока питания: расчеты на микросхемах SG3525 и IR2153 для напряжений 5, 12 и 24В

На схеме показаны основные блоки двухтактного ИБП:

1. Входной выпрямитель преобразует сетевое напряжение в постоянное
2. Микросхема SG3525 генерирует управляющие импульсы
3. Силовые транзисторы T1 и T2 работают в противофазе
4. Трансформатор TR обеспечивает гальваническую развязку
5. Выходной выпрямитель формирует постоянное напряжение

Как работает эта схема? SG3525 генерирует противофазные импульсы, которые поочередно открывают транзисторы T1 и T2. Через первичную обмотку трансформатора протекает переменный ток. На вторичной обмотке формируется переменное напряжение, которое выпрямляется.

Расчет элементов обвязки SG3525

Для корректной работы SG3525 необходимо рассчитать элементы ее обвязки:

• Резистор и конденсатор задающего генератора
• Конденсатор мягкого старта
• Резисторы обратной связи

Как рассчитать эти элементы? Частота задающего генератора определяется по формуле:

f = 1 / (RT * CT)

Для частоты 100 кГц можно взять RT = 10 кОм, CT = 1 нФ.

Емкость конденсатора мягкого старта:

Css = Icharge * Tss / 3V

где Icharge — ток заряда, Tss — желаемое время плавного старта.

Защиты в двухтактном ИБП

Для обеспечения надежной работы в двухтактный ИБП необходимо включить следующие виды защит:

• От короткого замыкания на выходе
• От перенапряжения на выходе
• От перегрева силовых элементов
• От пониженного входного напряжения

Как реализовать эти защиты? Защита от КЗ обычно выполняется путем ограничения максимального тока через силовые ключи. Защита от перенапряжения использует быстродействующий компаратор, отключающий ШИМ-контроллер. Тепловая защита реализуется с помощью термистора на радиаторе.

Особенности настройки двухтактного ИБП

После сборки двухтактный ИБП требует тщательной настройки для обеспечения стабильной работы. Основные этапы настройки:

1. Проверка работы задающего генератора
2. Настройка напряжения срабатывания защит
3. Регулировка выходного напряжения
4. Проверка работы на холостом ходу и под нагрузкой

На что обратить внимание при настройке? Важно обеспечить симметричность работы обоих плеч. Форма напряжения на стоках силовых транзисторов должна быть идентичной. Необходимо проверить отсутствие сквозных токов через силовые ключи.

Правильная настройка позволит получить стабильный и эффективный источник питания для различной радиоэлектронной аппаратуры.

Простой мощный импульсный блок питания для питания радио электро-аппаратуры

Часто собирая какую нибудь электронную конструкцию,как то, усилитель звуковой частоты,средства автоматики,устройства на базе микроконтроллеров,и многое другое,мы задаемся вопросом а чем питать аппаратуру? Радиоэлектронные устройства в большинстве своем питаются постоянным напряжением отличным от напряжения сети. В последнее время все чаще импульсная техника вытесняет из повседневного обихода традиционные трансформаторные схемы блоков питания. Выигрыш тут очевиден, во первых это экономия намоточного материала, который стоит не дешево. Во вторых, это габариты и масса приборов,на сегодняшний день при современной миниатюризации аппаратуры различного назначения,этот вопрос очень актуален, большинство схем ИБП довольно сложны в сборке и настройке и не доступны для повторения начинающими радиолюбителями.

В данной статье приводится схема простого ИБП, при разработке которого ставилась задача простоты конструкции, хорошей повторяемости, использование подручного материала, несложности в сборке и настройке. Несмотря на простоту, ИБП имеет довольно неплохие характеристики.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИБОРА

Питающее напряжение сети: 220В/50Гц.
Номинальная выходная мощность: 300Вт.
Максимальная выходная мощность: до 500Вт.
Частота преобразования напряжения: 30кГц.
Вторичное выпрямленное напряжение варьируется по необходимости.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ИПБ

Принцип работы ИБП заключается в следующем: импульсы для управления ключами генерирует задающий генератор, построенный на специальном драйвере TL494, частота импульсов управления 30кГц. Импульсы управления с выходов микросхемы подаются поочередно на транзисторные ключи VT1,VT2 предварительного формирователя импульсов для выходных силовых ключей. Ключи VT1,VT2 нагружены трансформатором управления TR1, который и формирует импульсы управления мощными выходными ключами VT3,VT4 ,формирователь необходим для гальванической развязки затворных цепей выходного каскада. ИБП построен по полумостовой схеме, средняя точка для полумоста создается конденсаторами С3,С4, которые одновременно служат сглаживающим фильтром выпрямленного диодным мостом VDS1 питающего напряжения сети. Цепь R7,C8 обеспечивает кратковременно питание на задающий генератор и формирователь импульсов управления,для первичного запуска ИБП, после полного заряда конденсатора С8 питание формирователя осуществляется непосредственно обмоткой 3 трансформатора TR2 c которой снимается переменное напряжение 12В. Цепочка VD2 ,C6 служит для выпрямления и сглаживания питающего формирователь напряжения. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение первичного запуска до 12В.Вторичное напряжение питания для РЭА снимается с обмотки 3 трансформатора TR2, выпрямляется диодами шотки VD3,VD4 и подается на сглаживающий фильтр С9,С10. Если необходимое напряжение питания превышает 35В, включаются по два диода последовательно.

Несколько слов о конструкции ИБП: большинство компонентов взяты из неисправного компьютерного БП АТХ. А именно это микросхема TL494, конденсаторы С9,С10, диодный мост VDS1, конденсаторы С1,С2, С5,С6,С7, диод VD2, диоды Шоттки VD3,VD4, и ферритовые сердечники с каркасами TR1,TR2.

Сам ИБП конструктивно был собран в корпусе того же разобранного БП АТХ. Транзисторы VT3,VT4 установлены на радиаторы площадью 50 см².

Данные перемотки трансформаторов TR1,TR2:
TR1, все четыре обмотки содержат по 50 витков провода 0.5 мм
TR2, Обмотка 1 наматывается проводом 0.8мм 110 витков. Обмотка 3 содержит 12 витков проводом 0.8мм. Обмотка 2 наматывается в зависимости от необходимого вторичного напряжения питания и рассчитывается из соотношения 1 виток на 2 вольта. Так как на выходе стоит удвоитель напряжения.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	ШИМ контроллер	TL494	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VT1, VT2	MOSFET-транзистор	IRFZ34	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VT3, VT4	MOSFET-транзистор	IRFP460	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD1	Стабилитрон	Д815Д	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD2	Диод		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD3, VD4	Диод Шоттки	MBR4045PT	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VDS1	Диодный мост		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С1	Конденсатор	4. 7 нФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С2	Электролитический конденсатор	100 мкФ 16 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С3, С4	Электролитический конденсатор	330 мкФ 200 В	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С5	Конденсатор	1 мкФ 250 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С6	Электролитический конденсатор	100 мкФ 25 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С7	Конденсатор	100 нФ	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С8	Электролитический конденсатор	100 мкФ 450 В	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
С9, С10	Электролитический конденсатор	1000 мкФ 100 В	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1, R2	Резистор	68 Ом	2	0. 5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3	Резистор	10 кОм	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R4, R5	Резистор	36 Ом	2	0.5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R6, R7	Резистор	1 Ом	2	2 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Предохранитель	2 А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
TR1	Трансформатор		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
TR2	Трансформатор		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
						Добавить все

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Блок питания
• Sprint-Layout

Сайт Кравченко К.

Импульсные источники питания.

<<< Назад   Титульный   Глава 2 >>>

Сайт Кравченко К.В.: www.kkbweb.narod.ru

E-mail: [email protected]

Казалось бы, что еще надо? Проще не придумаешь! Трансформатор, мостовой выпрямитель и фильтр – все просто и понятно. Так нет, напридумывали всяких импульсных блоков питания, ломай себе голову! Каждая уважающая себя фирма лепит свои блоки, по своим схемам, а бедный владелец думай как хочешь – самому ремонтировать сильно сложно и непонятно, а в мастерской сдерут три шкуры!

Так вот, я хочу сказать, что ничего особо сложного в импульсных блоках питания нет. Да, ИБП сложнее, чем обычные блоки питания. Но это потому, что к функциям ИБП относятся не только получение питающих напряжений, но и стабилизация их величин, а также защита самого ИБП и каскадов, которые от него питаются, от различных неприятностей.

Если вы немного знаете радиотехнику, знаете, как работает обычный блок питания, то эта статья для вас. Ну, начнем!

Первоначальное распространение ИБП получили преимущественно в телевизионных приемниках, в дальнейшем — в видеомагнитофонах и другой видеоаппаратуре, что объясняется в основном двумя причинами. Во-первых, чувствительность ТВ и ВМ к создаваемым импульсным БП помехам значительно ниже, чем, например, аппаратуры звуковоспроизведения, особенно высококачественного. Во-вторых, ТВ и ВМ  отличаются относительным постоянством и сравнительно небольшой величиной (10…80 Вт) мощности, потребляемой в нагрузке. Колебания этой мощности в ТВ обусловлены изменениями яркости экрана при смене сюжетов и составляет не более 20 Вт (приблизительно 30 % максимальной потребляемой мощности). Для ВМ колебания мощности, потребляемой в нагрузке возникают, в основном, только при переключении режимов работы ЛПМ и составляют не более нескольких единиц Ватт. Для примера, в стереофоническом усилителе с выходной мощностью 2 х 20 Вт колебания мощности достигают 70-80 Вт (приблизительно 70-80 % максимальной потребляемой мощности). Поэтому для этого класса радиоаппаратуры ИБП получаются более дорогостоящими из-за необходимости использования мощных двухтактных схем преобразователей (конверторов), более сложных стабилизаторов, фильтров и т.д.

В связи с этим, конструкторы как более ранних, так и современных моделей ТВ и ВМ. как правило, придерживаются хорошо зарекомендовавших себя с точки зрения надежности, экономичности и простоты принципов построения импульсных блоков питания. Основные усилия направляются, в первую очередь, на совершенствование и микроминиатюризацию элементной базы; повышение надежности ИБП (в том числе путем введения различных защит) и расширение рабочего диапазона питающего их напряжения сети.

Сердце импульсных источников питания — автогенератор

Несмотря на большое разнообразие схем ИБП принцип работы большинства их одинаков. Выпрямленное напряжение сети питает однотактный автогенератор, нагрузкой которого является импульсный трансформатор со вторичными выпрямителями, от которых питаются все потребители. Автогенератор выполнен по схеме с глубокой индуктивной положительной обратной связью. Транзистор автогенератора работает в ключевом режиме. Когда транзистор открыт, происходит накопление энергии в импульсном трансформаторе, когда закрыт – энергия отдается в нагрузку.

На рис. 1 показана схема собственно автогенератора. Работает он так:

в начальный момент транзистор (ключ) VT1 закрыт. При подаче питания через R1 начинает течь небольшой ток, создающий напряжение смещения на базе ключа Uбэ, достаточное для того, чтобы вызвать небольшой ток коллектора ключа Iк, и, соответственно, через коллекторную обмотку трансформатора Iтр (см. рис.1а,б,в). По законам физики, изменение тока в обмотке I вызовет появление ЭДС индукции, которая препятствует изменению тока в обмотке и вызывает напряжения взаимоиндукции в обмотках обратной связи II и в выходной обмотке III. Обмотки включены таким образом, что на верхнем выводе обмотки III будет «минус», а на верхнем выводе обмотки II «плюс». Диод D1 будет заперт и не будет мешать, а с обмотки II «плюс» окажется приложен к базе ключа и вызовет появление дополнительного напряжения, что в свою очередь вызовет увеличение тока коллектора ключа. А увеличение тока коллектора и обмотки I вызовет увеличение напряжения на базе и так далее, то есть, произойдет лавинообразное нарастание тока коллектора. Это нарастание будет происходить, пока транзистор не войдет в режим насыщения. Это такой режим, когда транзистор физически не может пропустить больший ток. Нарастание тока прекращается. Напряжение взаимоиндукции становится равным нулю так как изменения тока через обмотку I больше не происходит, то есть на обмотках II и III напряжение исчезает. Вызвавшее такой ток коллектора напряжение на базе резко уменьшается. И ток коллектора становится небольшим. Но ток в обмотке I из-за инерционности индуктивности обмотки мгновенно уменьшиться не может. В обмотке накопилась энергия и, чтобы ток стал равным нулю, нужно эту энергию израсходовать. Ток обмотки начинает плавно уменьшаться. Так как нарастание тока и его убывание процессы противоположные, то произойдет переполюсовка ЭДС индукции, которая теперь будет направлена противоположно ЭДС при нарастании тока обмотки. При этом на обмотке возникнет импульс напряжения, который приложен «плюсом» к коллектору транзистора, а «минусом» — к «плюсу» источника питания. В результате между коллектором и эмиттером ключа возникнет импульс напряжения 500-600 В. Появление ЭДС индукции вызовет появление напряжений взаимоиндукции в обмотках II и III также другой полярности. При этом напряжение «минус» с обмотки обратной связи II надежно закроет ключ, а напряжение «плюс» с обмотки III откроет диод D1 и начнет заряжаться конденсатор C2 (см. рис.1г). Чем больше ток заряда, то есть чем быстрее израсходуется энергия трансформатора, тем быстрее процесс повторится.

Сложно? Сначала, может быть, да. Вникните, почитайте школьный учебник про свойства индуктивности. Разберитесь. Остальное будет проще!

Продолжим. Итак, сердцем импульсного блока питания является автогенератор. Причем, любого. Обязательными элементами его являются импульсный трансформатор и транзистор – ключ. Вторичных обмоток у трансформатора может быть несколько – это не имеет значения. Обязательной является обмотка обратной связи.

Подавляющее большинство ИБП выполняется по схеме, где функции генерации, управления и стабилизации напряжений вторичных источников питания совмещены. Объединение несколько функций в одном устройстве упрощает схему устройства, уменьшает потери, облегчает режим работы выходного транзистора, уменьшает габариты. Кроме того, все эти функции взаимосвязаны, поэтому их реализация труда не представляет. У таких ИБП система стабилизации перенесена из вторичных обмоток трансформатора в первичную обмотку, где значения токов уменьшены на коэффициент, равный коэффициенту трансформации. Выпрямительные диоды сетевого напряжения также перенесены в сторону первичной цепи, вследствие чего через диоды будут протекать токи, тоже уменьшенные в коэффициент трансформации раз. При этом силовой трансформатор, работающий на частоте 50 Гц, исключается, а вместо него вводится импульсный трансформатор, работающий на частоте до 100 кГц с ферритовым магнитопроводом и имеющий в несколько раз меньшие габаритные размеры и массу. Кроме того, уменьшаются габариты фильтров вторичных выпрямителей, так как при частоте 30-100 кГц для получения хорошей фильтрации нужны существенно меньшие емкости фильтров и можно обойтись без дросселей. Поэтому при тех же параметрах блока питания габариты ИБП в десятки раз меньше габаритов обычного 50 – герцового блока питания.

Функциональная схема ИБП

Разбирая упрощенную функциональную схему ИБП, представленную на рис.2, кое в чем повторюсь

. Ее основными функциональными узлами являются сетевой выпрямитель Р со сглаживающим емкостным фильтром Сф, ключевой преобразователь напряжения (автогенератор) с импульсным трансформатором, устройство управления (контроллер) с цепью обратной связи и вторичный выпрямитель импульсных напряжений VD1, С1.

 Рис 2

Напряжение сети 220 В поступает на выпрямитель Р со сглаживающим емкостным фильтром Сф. С конденсатора фильтра Сф выпрямленное напряжение через обмотку W1 трансформатора Т поступает на коллектор транзистора VT, выполняющего функций ключевого преобразователя постоянного напряжения в импульсное с частотой повторения 15-100 кГц. Ключевой преобразователь представляет собой импульсный генератор, работающий в режиме самовозбуждения. На рис. 3 приведены временные диаграммы преобразователя. В течение времени ∆Т, когда транзистор открыт, через первичную обмотку W1 трансформатора протекает линейно нарастающий ток Iк. В сердечнике трансформатора запасается энергия магнитного поля.

 Когда транзистор закрывается, на верхнем по схеме выводе вторичной обмотки трансформатора W2 появляется положительный потенциал и накопленная энергия передается в нагрузку через диод VD1. В стационарном режиме напряжение на выходе

 где n == W1/W2 — коэффициент трансформации.

Изменяя ∆Т, т. е. время, в течение которого открыт транзистор преобразователя, можно регулировать выходное напряжение. Размахи импульсов тока через транзистор и диод зависят от индуктивности первичной обмотки трансформатора. При оптимальном ее значении максимальный ток через первичную обмотку вдвое превышает средний ток через нее. При этом ток через диод прекращается в момент открывания транзистора.

 Рис. 3

Изменять ∆Т можно разными способами. Наиболее подходящий способ регулирования величины выходного напряжения – широтно-импульсная модуляция. Принцип ШИМ заключается в регулировании времени, в течение которого ключевой транзистор открыт, при этом происходит регулировка количества накопленной трансформатором энергии. Основные достоинства ШИМ – постоянство периода повторений Т и простота реализации. Поэтому ШИМ применяют практически во всех конструкциях ИБП. По этой причине другие способы регулировки мы рассматривать не будем.

Более подробная функциональная схема приведена на рис. 4.

 Рис 4

Рассмотрим случай, когда в установившемся режиме ток нагрузки увеличился. Это означает, что энергия, запасенная трансформатором будет расходоваться быстрее, чем обычно, т.е. время закрытого состояния ключа уменьшится. А для увеличения накопленной энергии нужно увеличить время открытого состояния ключа, чтобы в трансформаторе накопилось больше энергии. В результате общее время Т = const. Аналогично при уменьшении тока нагрузки.

Устройство управления  ключевым транзистором называется контроллером (ударение на второе «о»), в данном случае – ШИМ-контроллером. Вообще под ШИМ-контроллером подразумевают все устройство управления, включая элементы запуска и защиты, так как они являются неотъемлемой частью схемы ИБП и используют часто одни и те же элементы схемы.

Схема любого импульсного блока питания состоит из следующих узлов: схемы запуска, схемы управления, схемы управления ключевым транзистором (исполнительное устройство) и схем защиты, которых в устройстве может быть несколько. Разберем по порядку свойства каждого узла.

Схемы запуска.

Необходимость схемы запуска вызвана тем, что при включении ИБП самовозбуждение автогенератора невозможно, так как разряженные конденсаторы фильтров импульсных выпрямителей представляют собой короткое замыкание для импульсов, снимаемых с вторичных обмоток трансформатора. Пусковые токи могут достигать 50… 100 А, что создает аварийный режим работы для автогенератора.

Устройство запуска обеспечивает принудительное включение и выключение автогенератора в течение нескольких циклов, за время действия которых происходит заряд конденсаторов фильтров импульсных выпрямителей. Одновременно это исключает возможность возникновения аварийной ситуации, так как автогенератор плавно, постепенно выходит на номинальный режим.

В импортных схемах наибольшее распространение нашли схемы подачи начального открывающего смещения на ключ. В момент подачи питания через резисторы Rсм от «+» сетевого выпрямителя на базу ключа подается начальное смещение, достаточное для создания начального тока через ключ. За счет обмотки обратной связи происходит нарастание тока через ключ до насыщения, при этом диоды вторичных выпрямителей заперты и не мешают процессу. Как только ключ входит в режим насыщения, нарастание тока прекращается, напряжение на базе ключа становится равным начальному, коллекторный ток ключа резко уменьшается, что приводит к изменению полярности на обмотках трансформатора, в том числе появляется минус на выводе обмотки обратной связи, подключенной к базе ключа, ключ закрывается, диоды импульсных выпрямителей открываются и энергия, накопленная трансформатором, через диоды переходит в разряженные конденсаторы фильтров импульсных выпрямителей. Так как конденсаторы представляют собой в этот момент короткое замыкание, то энергия трансформатора убывает очень быстро. После нескольких циклов заряда конденсаторов автогенератор переходит в нормальный режим и больше схема запуска не используется. Во многих импортных ИБП цепь запуска не отключается, что иногда приводит к выходу из строя ключа при неисправности одного из вторичных выпрямителей, если не применяется схема защиты от короткого замыкания.

В отечественных телевизорах применяются несколько схем запуска ИБП. Одна из них – генератор, собранный на однопереходном транзисторе КТ117. В течение некоторого времени, задаваемого схемой и достаточного для надежного запуска автогенератора, генератор на КТ117 генерирует импульсы, которые подаются на базу ключа как начальное смещение и вызывают запуск цикла работы автогенератора. Если неисправность отсутствует, то конденсаторы фильтров заряжаются и автогенератор входит в нормальный режим. Иначе схема запуска отключится и ИБП не запустится.

Схемы управления.

На схемы управления возлагается функция отслеживания уровня выходного напряжения, выработка сигнала ошибки и, часто, непосредственного управления ключом. Обычно схема управления представляет собой схему сравнения реального выходного напряжения и образцового, выработанный сигнал ошибки подается на исполнительную схему, управляющую непосредственно ключевым транзистором (см. рис. 5).

 Рис. 5

Несмотря на кажущуюся сложность функциональной схемы устройства управления сама схема не сложна и работа ее для понимания труда не представляет.

Схема управления питается от одной из обмоток трансформатора, поэтому напряжение питания на ней всегда соответствует напряжению на других обмотках, т.е. реальному. Пока автогенератор не вошел в нормальный режим, напряжение питания мало и транзистор закрыт. По мере увеличения напряжения питания на стабилитроне появляется образцовое напряжение и затем транзистор начинает открываться. В рабочем режиме на выходе присутствует положительное напряжение, которое подается на исполнительную схему. Понятно, что при изменении реального напряжения напряжение, подаваемое на исполнительное устройство, также будет изменяться, изменяя условия работы исполнительного устройства. Исполнительное устройство представляет собой либо ключевую схему, срабатывающую при достижении импульсом тока коллектора силового ключа определенной величины, либо схему, шунтирующую переход база-эмиттер того же силового ключа при достижении определенного уровня напряжения на базе.

 Рис. 6

На рис. 6 приведены эпюры, поясняющие работу устройства управления при ШИМ-модуляции. По ним видно, как изменение реального напряжения и вместе с ним сигнала ошибки влияет на ширину импульса, вырабатываемого ключевым транзистором. Меандр Uзг – работа автогенератора без управления. При работе с управлением напряжение ошибки Uош воздействует на исполнительное устройство совместно с напряжением обратной связи Uп, меняя порог его срабатывания. В результате при изменении тока нагрузки изменяется ширина импульсов, вырабатываемых ключевым транзистором.

Схемы защиты.

Сложность того или иного ИБП зависит, в основном, от примененных схем защиты. В дешевых моделях ИБП используются простейшие виды защит. Вообще защитные устройства можно разделить на следующие типы по функциям: защитные устройства всего ИБП, сетевого выпрямителя, от большого напряжения сети, от малого напряжения сети, от перегрузки (короткого замыкания), от холостого хода и так далее. По сложности исполнения их можно разделить на простые (предохранители, защитные резисторы), среднего уровня сложности и большой сложности. В ИБП может быть применено сразу несколько типов защит, различной степени сложности. Однако, несмотря на то, что встраивание сложных защит мотивируется благими целями, увеличение сложности устройств в результате оборачивается уменьшением их надежности, так как увеличивается число элементов схем, ухудшением ремонтопригодности и, значит, увеличением стоимости ремонта. А так как защиты встраиваются непосредственно в ИБП, то и выход из строя элементов защиты также приводят к выходу из строя и элементы самого ИБП.

Простейшим защитным элементом является предохранитель. В любом устройстве он ставится на входе питания сетевым напряжением. Предохранитель является инерционным элементом, поэтому он не защищает ни ключевой транзистор ИБП, ни его элементы. Назначение предохранителя – защита диодов выпрямителя при пробое ключа или конденсатора сетевого фильтра, а также размагничивающего устройства при неисправности позистора.

Следующий защитный элемент – защитный резистор, который выполняет две функции. Первая – ограничивает мгновенный ток через схему, на входе которой он стоит. И вторая – выполняет функции предохранителя. Как и предохранитель защитный резистор – инерционный элемент. Он перегорает по факту превышения среднего тока через него. Если защитный резистор стоит в сетевой части ИБП, то он защищает сетевой выпрямитель при пробитом ключе или конденсаторе сетевого фильтра, если он стоит перед выпрямительными диодами вторичных выпрямителей, то защищает весь ИБП от перегрузки.

Часто во вторичных выпрямителях применяют защитные диоды. На схемах они обозначаются как стабилитроны, но это не так. Когда на защитном диоде напряжение меньше порога срабатывания, он не потребляет тока и не мешает работе. При появлении на таком «стабилитроне» напряжения, на которое он рассчитан (например, R2M, который ставится для защиты выходного каскада строчной развертки, рассчитан на 150 В), «стабилитрон» пробивается, становится коротким замыканием для ИБП, который выключается. ИБП, в котором применяются такие «стабилитроны», должны иметь защиту от перегрузок. А напряжение на защитном диоде может повыситься из-за резких скачков сетевого напряжения, мощной импульсной помехи в сети, неисправности самого ИБП. Таким образом, защитный диод защищает устройства, стоящие в данной цепи питания, например, выходной каскад строчной развертки. Защитный диод не восстанавливается и после срабатывания подлежит замене, но ни в коем случае не на обычный стабилитрон!

Остальные устройства защиты представляют собой схемы, состоящие из нескольких элементов и интегрированы со схемой ИБП. Такие устройства могут быть с внутренним управлением, отслеживающие состояние ИБП и управляющие им и с внешним управлением, следящими за состоянием цепей вторичных источников питания и даже исправность всего устройства в целом, например, телевизора. Чем больше применено таких защитных устройств, тем сложнее ремонт. Иногда приходится изобретать способы запуска ИБП, выключенного каким-либо защитным устройством, отключать защиту, прибегать к различным уловкам, чтобы найти неисправность.

Ну что? Очень сложно? Если вы хоть что-то поняли, переходите во вторую главу статьи, где мы разберем конкретные схемы ИБП.

Начало документа

<<< Назад   Титульный   Глава 2 >>>

ККВ        Страница создана 17.02.2004 г.

© 2002-2003г. Кравченко Кирилл Васильевич (ККВ)

Как спроектировать двухтактный преобразователь – основная теория, конструкция и демонстрация

Когда дело доходит до работы с силовой электроникой, топология DC-DC преобразователя становится очень важной для практического проектирования. В силовой электронике доступны в основном два типа основных топологий преобразования постоянного тока, а именно, импульсный преобразователь и линейный преобразователь.

Теперь из закона сохранения энергии мы знаем, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить, а можно только преобразовать. То же самое касается импульсных стабилизаторов, выходная мощность (мощность) любого преобразователя является произведением напряжения и тока, преобразователь постоянного тока идеально преобразует напряжение или ток, в то время как мощность постоянна. Примером может быть ситуация, когда выход 5 В может обеспечить ток 2 А. Ранее мы разработали схему SMPS 5 В, 2 А, вы можете проверить это, если это то, что вы ищете.

Теперь рассмотрим ситуацию, когда нам нужно изменить его на выход 10 В для конкретного приложения. Теперь, если в этом месте используется преобразователь постоянного тока, а 5 В 2 А, что соответствует выходной мощности 10 Вт, является постоянным, в идеале преобразователь постоянного тока преобразует напряжение в 10 В с номинальным током 1 А. Это можно сделать с помощью топологии переключения с повышением напряжения, в которой переключающая катушка индуктивности постоянно переключается.

Другим дорогостоящим, но полезным методом является использование двухтактного преобразователя . Двухтактный преобразователь открывает множество возможностей преобразования, таких как Buck, Boost, Buck-Boost, изолированные или даже неизолированные топологии, а также это одна из старейших коммутационных топологий, используемых в силовой электронике, для производства которых требуется минимальное количество компонентов. выходная мощность средней мощности (обычно от 150 Вт до 500 Вт) с несколькими выходными напряжениями. Для изменения выходного напряжения в схеме изолированного двухтактного преобразователя требуется замена обмотки трансформатора.

Однако все эти особенности вызывают у нас много вопросов. Например, как работает двухтактный преобразователь ?  Какие компоненты важны для создания схемы двухтактного преобразователя? Итак, читайте дальше, и мы найдем все необходимые ответы, и, в конце концов, мы будем строить практическую схему для демонстрации и тестирования, так что давайте приступим к делу.

Строительство двухтактного преобразователя

В названии есть ответ. Push и Pull имеют два противоположных значения одного и того же. В чем смысл Push-Pull с точки зрения непрофессионала? В словаре сказано, что слово толкать означает двигаться вперед, используя силу, чтобы пройти мимо людей или объектов, чтобы отойти в сторону. В двухтактный преобразователь постоянного тока в постоянный , нажатие определяет проталкивание тока или подачу тока. Теперь, что означает тяга? Опять же, словарь говорит о том, чтобы приложить силу к кому-то или чему-то, чтобы вызвать движение к себе. В двухтактном преобразователе снова потребляется ток.

Таким образом, двухтактный преобразователь — это тип переключающего преобразователя, в котором токи постоянно вводятся во что-то и постоянно вытягиваются из чего-то. Это тип обратноходового трансформатора или катушки индуктивности. Ток постоянно выталкивается и вытягивается из трансформатора. Используя этот двухтактный метод, трансформатор передает поток во вторичную катушку и обеспечивает некоторое изолированное напряжение.

Теперь, поскольку это тип импульсного регулятора, а также поскольку трансформатор необходимо переключать таким образом, чтобы ток подавался и вытягивался синхронно, для этого нам нужен какой-то импульсный регулятор. Здесь требуется асинхронный двухтактный драйвер. Теперь очевидно, что переключатели сделаны с разными типами транзисторов или мосфетов.

На рынке электроники доступно множество двухтактных драйверов , которые можно сразу же использовать для работы, связанной с двухтактным разговором.

Немногие из таких микросхем драйверов можно найти в приведенном ниже списке: —

1. LT3999
2. МАКС258
3. МАКС13253
4. LT3439
5. TL494

Как работает двухтактный преобразователь?

Чтобы понять принцип работы двухтактного преобразователя, мы нарисовали базовую схему, которая представляет собой базовый полумостовой двухтактный преобразователь , и показана ниже, для простоты мы рассмотрели полумостовая топология, но есть и другая распространенная топология, известная как 9-канальная топология. 0003 двухтактный полномостовой преобразователь.

Два транзистора NPN обеспечат двухтактную функциональность. Два транзистора Q1 и Q2 не могут быть включены одновременно. Когда Q1 включен, Q2 останется выключенным, когда Q1 выключен, Q2 включится. Это произойдет последовательно и будет продолжаться как цикл.

Как мы видим, в приведенной выше схеме используется трансформатор, это изолированный двухтактный преобразователь.

На изображении выше показано состояние, когда Q1 включен, а Q2 выключен. Таким образом, ток будет протекать через центральный отвод трансформатора и уходить на землю через транзистор Q1, в то время как транзистор Q2 будет блокировать ток на другом отводе трансформатора. Ровно противоположное происходит, когда Q2 включается, а Q1 остается выключенным. Всякий раз, когда происходят изменения в токе, трансформатор передает энергию от первичной стороны к вторичной стороне.

Приведенный выше график очень полезен для проверки того, как это происходит, поскольку сначала в цепи не было ни напряжения, ни тока. Q1 включен, постоянное напряжение сначала ударяет по крану, так как цепь теперь замкнута. Ток начинает увеличиваться, а затем напряжение индуцируется во вторичной обмотке.

В следующей фазе после временной задержки транзистор Q1 выключается, а транзистор Q2 открывается. Здесь вступают в действие несколько важных моментов: паразитная емкость трансформатора и индуктивность образуют LC-контур, который начинает переключаться с противоположной полярностью. Заряд начинает течь обратно в обратном направлении через другую отводную обмотку трансформатора. Таким образом, эти два транзистора постоянно проталкивают ток в чередующихся режимах. Однако, поскольку натяжение осуществляется LC-цепью и центральным отводом трансформатора, такая топология называется двухтактной. Часто это описывается таким образом, что два транзистора проталкивают ток попеременно, называя соглашение двухтактным, когда транзисторы не протягивают ток. Форма сигнала нагрузки выглядит как пилообразная, однако это не то, что показано на графике выше.

Поскольку мы узнали, как работает двухтактный преобразователь конструкции , давайте перейдем к созданию реальной схемы для него, а затем мы сможем проанализировать ее на стенде. Но перед этим давайте взглянем на схему.

Компоненты, необходимые для сборки практичного двухтактного преобразователя

Нижеприведенная схема построена на макетной плате. Компоненты, используемые для тестирования цепей, следующие:

1. 2 катушки индуктивности того же номинала — тороидальная катушка индуктивности 220 мкГн 5А.
2. Конденсатор из полиэфирной пленки 0,1 мкФ — 2 шт.
3. 1к резистор 1% — 2 шт
4. ULN2003 Пара транзисторов Дарлингтона
5. Конденсатор 100 мкФ 50 В

Практическая принципиальная схема двухтактного преобразователя

Схема довольно проста. Давайте проанализируем соединение, ULN2003 представляет собой массив транзисторов на паре Дарлингтона. Этот массив транзисторов удобен тем, что внутри чипсета имеются диоды свободного хода, и он не требует никаких дополнительных компонентов, что позволяет избежать дополнительной сложной разводки на макетной плате. Для синхронного драйвера мы используем простой RC-таймер, который будет синхронно включать и выключать транзисторы, создавая двухтактный эффект на индукторах.

Практичный двухтактный преобразователь — Рабочий

Работа схемы проста. Удалим пару Дарлингтона и упростим схему, используя два транзистора Q1 и Q2.

Цепи RC соединены в перекрестном положении с базой Q1 и Q2, которые включают чередующиеся транзисторы, используя метод обратной связи, называемый регенеративной обратной связью.

Это начинает работать следующим образом — Когда мы подаем напряжение на центральный отвод трансформатора (где общее соединение между двумя катушками индуктивности), ток будет течь через трансформатор. В зависимости от плотности потока и насыщения полярности, отрицательной или положительной, ток сначала заряжает C1 и R1 или C2 и R2, а не оба. Давайте представим, что C1 и R1 получают ток первыми. C1 и R1 обеспечивают таймер, который включает транзистор Q2. Секция L2 трансформатора будет индуцировать напряжение, используя магнитный поток. В этой ситуации C2 и R2 начинают заряжаться и включают Q1. Затем секция L1 трансформатора индуцирует напряжение. Время или частота полностью зависят от входного напряжения, потока насыщения трансформатора или катушки индуктивности, первичных витков, площади поперечного сечения сердечника в квадратных сантиметрах. Формула частоты —

f = (V  in  * 10  8  ) / (4 * β  s  * A * N) 

Где Vin — входное напряжение, 10 ⁸ — постоянное значение, β _s 90 125   — плотность потока насыщения сердечника, который будет отражаться на трансформаторе, A — площадь поперечного сечения, N — число витков.

Проверка схемы двухтактного преобразователя

Для проверки схемы необходимы следующие инструменты:

1. Два миллиметра — один для проверки входного напряжения и один для выходного напряжения
2. Осциллограф
3. Настольный блок питания.

Схема построена на макетной плате, мощность постепенно увеличивается. Входное напряжение составляет 2,16 В, тогда как выходное напряжение составляет 8,12 В, что почти в четыре раза превышает входное напряжение.

Однако в этой схеме не используется топология обратной связи, поэтому выходное напряжение не постоянно и не изолировано.

Частота и переключение двухтактного преобразователя наблюдаются на осциллографе-

Таким образом, схема теперь действует как двухтактный повышающий преобразователь , где выходное напряжение непостоянно. Ожидается, что этот двухтактный преобразователь сможет обеспечить мощность до 2 Вт, но мы не тестировали его из-за отсутствия генерации обратной связи.

Выводы

Эта схема представляет собой простую форму двухтактного преобразователя. Тем не менее, всегда рекомендуется использовать правильный двухтактный драйвер IC для желаемого выхода. Схема может быть построена таким образом, что может быть построена изолированная или неизолированная, любая топология двухтактного преобразования.

Приведенная ниже схема представляет собой правильную схему управляемого двухтактного преобразователя постоянного тока в постоянный. Это двухтактный преобразователь 1:1, использующий LT3999 для Analog Devices (Linear Technologies).

Надеюсь, вам понравилась статья и вы узнали что-то новое. Если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме, оставьте комментарий внизу или задайте свой вопрос прямо на нашем форуме.

Как спроектировать изолированный высокочастотный двухтактный преобразователь постоянного тока в постоянный

к Доусон Хуан Скачать PDF

Простой двухтактный преобразователь постоянного тока в постоянный с фиксированным рабочим циклом 50 % часто используется в качестве драйвера трансформатора с низким уровнем шума в системах связи, медицинских инструментах и ​​распределенных источниках питания. Эта простая схема не обеспечивает регулирования напряжения — требуется пострегулятор с малым падением напряжения (LDO) — сочетание, которое создает потенциально серьезные проблемы. Во-первых, любое значительное изменение входного напряжения драйвера, наряду с фиксированным рабочим циклом 50%, может увеличить дифференциальное напряжение на LDO, что приведет к значительным потерям мощности и сильному нагреву LDO. Во-вторых, низкая частота коммутации требует относительно громоздких трансформаторов, иногда занимающих от 30% до 50% площади преобразователя.

Монолитный двухтактный драйвер постоянного/постоянного тока LT3999 позволяет избежать этих проблем благодаря двум важным функциям: управление рабочим циклом и высокочастотная работа:

• Управление рабочим циклом позволяет компенсировать широкий разброс V _IN — чего не могут сделать стандартные драйверы трансформаторов с фиксированным рабочим циклом — значительно уменьшая потери LDO при работе с широким входным диапазоном.
• Высокая частота коммутации , до 1 МГц, приводит к меньшим трансформаторам и меньшим пульсациям на выходе.

LT3999 сочетает в себе эти две функции с высоким входным напряжением 36 В и входным током 1 А, что делает его мощной и гибкой ИС двухтактного преобразователя с низким уровнем шума.

В этой статье представлены две пошаговые процедуры проектирования: одна для двухтактного преобразователя постоянного тока в постоянный с широким входным диапазоном, другая для компактного драйвера высокочастотного трансформатора с фиксированным входным напряжением.

Конструкция двухтактного преобразователя постоянного тока в постоянный для широкого диапазона входного сигнала

Блок-схема на рисунке 1b показывает, как можно спроектировать двухтактный преобразователь за восемь простых шагов. Эти шаги производят LT3999 Вход 10–15 В, выход ±12 В, двухтактный преобразователь 200 мА 1 МГц, показанный на рис. 1а.

 

 

&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;lt;img src=’https://www. analog.com/-/media/analog/en /landing-pages/technical-articles/high-frequency-push-pull-dc-dc-converter/figure1.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 1’&amp;amp;amp;amp;amp ;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt;

Рис. 1. (a) Двухтактный DC/DC-преобразователь LT3999 с широким входным диапазоном и контролем рабочего цикла (b) Простая конструкция 8-ступенчатого двухтактного преобразователя

Рис. 2. Настройка точности UVLO и OVLO/DC с помощью резисторного делителя с использованием либо (a) метода с двумя резисторами, либо (b) метода с тремя резисторами.

Шаг 1: Установите частоту переключения (R _T )

Сначала установите частоту коммутации с помощью R _T ; значение, выбранное из таблицы 1 в техпаспорте LT3999.

Шаг 2. Установите диапазон входного напряжения (UVLO, OVLO/DC)

Контакты UVLO (блокировка пониженного напряжения) и OVLO/DC (блокировка повышенного напряжения/рабочий цикл) используются для установки диапазона входного напряжения. Можно использовать метод с 2 или 3 резисторами. Для метода с двумя резисторами, показанного на рис. 2а, R _B рассчитывается с использованием уравнений 1 и 2 для UVLO и OVLO/DC соответственно. Для низких потерь мы можем предположить, что R _A = 1 МОм.

Для метода с тремя резисторами, показанного на рис. 2b, R _A1 и R _B рассчитываются по уравнениям 3 и 4 для UVLO и OVLO/DC соответственно. R _A2 можно выбрать около 1 МОм.

Для метода с двумя резисторами, используемого на рис. 1а:

Шаг 3: Установите максимальный рабочий цикл (R _DC(MAX) )

Максимальный рабочий цикл (DC _MAX ) определяется периодом переключения (T _{S = 1/fSW} ) и временем неперекрытия (T _D(MIN) ) между двумя переключателями питания, как показано в уравнении 5. Для 2- Резисторный метод, R _DC рассчитывается по уравнению 6. Для метода с тремя резисторами замените R _A = R _A1 + R _A2 в уравнении 6.

В примере на рис. 1(a) T _{S = 1 мкс} , T _D(MIN) = 70 нс (типичное значение в таблице данных), V _IN(MIN) = _{10 В, R A = 1M, R B = 143k. Расчеты 5 и 6 дают DC MAX = 0,43, а R DC = 13,3k.}

Шаг 4: Выберите трансформатор (T1)

Коэффициент трансформации трансформатора представлен в уравнении 7.

В _SW — напряжение насыщения переключателя для внутренних переключателей. V _F – прямое напряжение диодов выпрямителя. V _LDO1 и V _LDO2  — напряжения падения положительного и отрицательного LDO. В _SW = 0,4 В, В _F = 0,7 В, В _LDO1 = В _LDO2 = 0,8 В являются хорошими эмпирическими правилами. Если коммерческий трансформатор с точно рассчитанным коэффициентом трансформации не может быть найден, выберите тот, который близок, и рассчитайте DC _MAX в уравнении 7 соответственно. Затем пересчитайте R _DC в уравнении 6 на основе нового DC _MAX .

В примере на рис. 1(a) V _OUT1 = −V _OUT2 = 12 В и V _IN(MIN) = 10 В, поэтому выберите Wurth 750314781 (N = 2) для D _СМАКС = 0,43.

Шаг 5: Проектирование выпрямителя (D1, D2, D3 и D4)

Пиковое напряжение на выпрямительном мосту складывается из напряжения вторичной обмотки трансформатора (V _SEC ) плюс любые пики вызывного напряжения. V _SEC рассчитывается по уравнению 8. Однако всплеск вызывного напряжения трудно предсказать, так как он зависит от сопротивления контура, индуктивности рассеяния трансформатора и емкости перехода выпрямителей. Как правило, номинальное напряжение выпрямителя (В _REC ) должно быть как минимум в 1,5 раза больше коэффициента трансформации трансформатора, умноженного на максимальное входное напряжение. Поскольку две вторичные обмотки соединены через мост выпрямителя, требуется коэффициент два, что дает формулу для номинального напряжения выпрямителя:

Номинальный ток выпрямителя (I _REC ) должен быть больше, чем ток нагрузки.

При В _{ВХ(МАКС)} = 15,5В, N = 2, В _РЭК ≥ 93В, I _РЭК ≥ 200мА: этим требованиям удовлетворяет ЦМШ2-200НЕ (200В, 1А).

 

 

&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles /high-frequency-push-pull-dc-dc-converter/figure3.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 3’&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt;

Рис. 3. LDO (U2) V _IN − V _OUT Дифференциал и потери мощности в зависимости от входного напряжения

 

 

&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles /high-frequency-push-pull-dc-dc-converter/figure4.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 4’&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt;

Рис. 4. LDO (U2) V _IN − V _OUT Дифференциал и потери мощности в зависимости от нагрузки

Шаг 6.

Выберите катушки индуктивности (L1, L2)

Минимальное значение индуктивности (L _MIN ) устанавливается ограничением пикового тока внутреннего переключателя (I _LIM ), как показано в уравнении 9.

Более высокая индуктивность обеспечивает лучшую стабилизацию и меньшие пульсации напряжения, но требует, соответственно, большей части объема. Оптимальное значение индуктора определяется с учетом как выходного шума, так и требований к объему раствора.

Когда V _IN(MAX) = 15,5 В, DC _MIN = 0,28, TS = 1 мкс, N = 2, I _LIM = 1A, I _OUT1 = I _OUT2 = 200 мА, L _{МИН 90 126 = 38,3 мкГн: Coilcraft XFL3012-393MEC (39,3 мкГн) удовлетворяет этим требованиям, не добавляя лишних размеров.}

Шаг 7. Выберите линейный регулятор с малым падением напряжения (U2, U3)

Максимальное напряжение LDO возникает при максимальном входном напряжении без нагрузки, когда V _SEC равно V _IN(MAX) • N. Номинальный ток LDO должен быть больше, чем ток нагрузки.

Когда V _IN(MAX) = 15,5 В, N = 2, номинальное напряжение для LDO должно быть 31 В и -31 В, удовлетворяющее требованиям LT3065 (45 В, 500 мА) и LT3090 (-36 В, 400 мА) соответственно.

Шаг 8. Добавьте демпфер (CS и RS)

Рекомендуемый подход к разработке демпфера RC (C _S и R _S на рис. 1) заключается в измерении периода звона на выводах SWA и SWB LT3999, когда его переключатели выключаются без демпфера, а затем добавить емкость — начиная с чего-то в диапазоне 100 пФ — до тех пор, пока период звонка не удлинится в 1,5-2 раза.

Изменение периода определяет значение паразитной емкости (C _PAR ), из которого можно определить паразитную индуктивность (L _PAR ) по начальному периоду. Точно так же начальные значения можно оценить, используя значения из таблицы данных для емкости переключателя и индуктивности рассеяния трансформатора.

После того, как значения емкости и индуктивности узла стока известны, к демпфирующей емкости можно добавить последовательный резистор для рассеивания мощности и существенного ослабления звона. Уравнение для получения оптимального последовательного сопротивления с использованием наблюдаемых периодов (t _ПЕРИОД и t _{ПЕРИОД (СНАББЕР)} ) и снабберная емкость (CS) ниже. Для получения более подробной информации см. техническое описание LT3748.

Результаты

Результаты измерений на рисунках 3, 4 и 5 показывают, что управление рабочим циклом в двухтактном преобразователе на рисунке 1 поддерживает низкий дифференциал V _IN − V _OUT на LDO, что приводит к минимизации потерь мощности и повышения температуры. . Рисунок 3 показывает, что при 200 мА на LDO, V _DIFF остается ниже 2,5 В во всем диапазоне входного напряжения 10–15 В. На рис. 4 показано, что потери мощности остаются низкими во всем диапазоне токов нагрузки. На Рисунке 5 и Рисунке 6 показаны тепловые результаты.

Для сравнения на рис. 7 показано сравнение эффективности конструкции с выключенным и включенным управлением рабочим циклом. КПД резко падает при увеличении входного напряжения. На рис. 8 показано дифференциальное напряжение на положительном LDO при выключенном и включенном управлении рабочим циклом. На рисунках 9 и 10 показаны тепловые результаты. Очевидно, что управление рабочим циклом снижает дифференциальное напряжение и повышает эффективность и тепловые характеристики.

 

 

&amp;amp;amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-frequency -push-pull-dc-dc-converter/figure5.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 5’&amp;amp;amp;amp;gt;

Рис. 5. Тепловое изображение конструкции на рис. 1 в действии, В _IN = 10 В

 

 

&amp;amp;amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-frequency -push-pull-dc-dc-converter/figure6.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 6’&amp;amp;amp;amp;gt;

Рис. 6. Тепловое изображение, В _IN = 15 В

Компактный драйвер трансформатора для фиксированного входного напряжения

Обычно выходное напряжение базового преобразователя драйвера нерегулируемого трансформатора значительно изменяется при изменении тока нагрузки. Для создания регулируемого напряжения настоятельно рекомендуется использовать LDO на выходе. На рис. 6а показана схема драйвера трансформатора с малым количеством деталей, использующего LT3999. На рис. 6b показана блок-схема проекта.

Четыре простых шага в блок-схеме можно использовать для разработки драйвера трансформатора с частотой 1 МГц, малым количеством деталей, входом 5 В, выходом 5 В и выходом 400 мА в качестве примера.

Шаг 1: Установите частоту переключения (R

_T )

Частота переключения LT3999 задается одним резистором R _T , выбранным на основании таблицы в техпаспорте LT3999 (диапазон частот от 50 кГц до 1 МГц).

В примере конструкции для высокой частоты f _SW = 1 МГц, R _T = 12,1k.

Шаг 2: Выберите трансформатор (T1)

Коэффициент трансформации трансформатора определяется:

где V _SW — напряжение насыщения внутренних переключателей, а V _F — прямое напряжение выпрямительного диода.

 

 

&amp;amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-frequency-push -pull-dc-dc-converter/figure7.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 7’&amp;amp;amp;gt;

Рис. 7. Сравнение эффективности конструкции с выключенным управлением рабочим циклом и включенным управлением рабочим циклом, I _ВЫХ1 = I _ВЫХ2 = 200 мА

V _LDO – это падение напряжения с выхода драйвера нестабилизированного трансформатора на выход с пост-регулированием и низким уровнем шума. V _LDO имеет падение при максимальном токе, поэтому его следует минимизировать. 0,8 В обеспечивает достаточное падение, чтобы избежать выпадения напряжения без перегрева LDO. Хорошее практическое предположение: VSW = 0,4 В, VF = 0,7 В, V _LDO = 0,8 В.

Номинальный ток трансформатора должен быть на 20–50 % больше, чем выходной ток, чтобы оставалось место.

Сумма пикового тока намагничивания (I _M(PEAK) ) и тока полной нагрузки, отраженного на первичную сторону (N • I _OUT ), должна быть меньше предела пикового тока внутреннего переключателя (I _LIM ). Исходя из этого, требуется минимум L _M (L _M(MIN) ).

 

 

&amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-frequency-push-pull -dc-dc-converter/figure8.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 8’&amp;amp;gt;

Рис. 8. Дифференциал LDO (U2) V _IN − V _OUT в сравнении с V _IN при полной нагрузке с отключенным и включенным управлением рабочим циклом, I _OUT1 = I _OUT2 = 200 мА 9000 5

 

 

&amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-frequency-push-pull -dc-dc-converter/figure9. png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 9’&amp;amp;gt;

Рис. 9. Тепловая картина конструкции с отключенным управлением скважностью в схеме рис. 1, В _IN = 10В

 

 

&amp;amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-frequency-push-pull -dc-dc-converter/figure10.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 10’&amp;amp;amp;gt;

Рис. 10. Тепловая картина конструкции с отключенным управлением скважностью в схеме рис. 1, В _В = 15 В

I _M(PEAK) + N • I _ВЫХОД

Для V _OUT = V _IN = 5 В хорошо подходит Coilcraft PA6383-AL(N = 1,5).

Шаг 3: Выпрямитель (D1, D2)

Выберите диоды выпрямителя в зависимости от напряжения и тока. Напряжение на диодах более чем в два раза превышает вторичное напряжение трансформатора из-за его структуры с центральным отводом. Номинальное напряжение выпрямителя должно быть больше 2N • В _IN = 15В, может на 20%.

 

 

&amp;lt;img src=’https://www.analog.com/-/media/analog/en/landing-pages/technical-articles/high-frequency-push-pull-dc-dc -converter/figure11.png?w=435 ‘ alt=’Рисунок 11’&gt;

Рис. 11. (a) Малое количество деталей, драйвер трансформатора с фиксированным входным напряжением. (б) Блок-схема проектирования драйвера трансформатора

Этим требованиям удовлетворяет ЦМШ2-20М (20В, 1А).

Шаг 4: Линейный регулятор с малым падением напряжения (U2, опционально)

Максимальное входное напряжение дополнительного LDO с постстабилизацией (V _{LDO_IN(MAX)} ) возникает без нагрузки, где оно равно V _IN • N = 7,5 В. Номинальный ток LDO должен быть больше, чем ток нагрузки (> 400 мА в случае примера конструкции).

Хорошим LDO для выхода 5 В, 400 мА является LT1763 (20 В, 500 мА).

Заключение

LT3999 — это монолитный драйвер трансформатора DC/DC, который обеспечивает управление рабочим циклом, высокую частоту и высокую мощность.