Понижающий импульсный источник питания. Обратная связь по напряжению. Компенсация усилителя ошибки. Способы управления силовым ключом. Применение полевого транзистора

Шаг 4. Метод расчета цепей компенсации усилителя ошибки. Как применять полевые транзисторы в импульсных стабилизаторах напряжения понижающей топологии (10+)

Понижающий импульсный преобразователь напряжения. Проектирование. Расчет - Шаг 4

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Элементы обратной связи по напряжению

Чтобы стабилизировать выходное напряжение, применяется обратная связь, которая регулирует ширину импульсов в зависимости от выходного напряжения.

Введем понятие сдвига напряжения считывания. На резисторе R9 напряжение равно разнице выходного напряжения и сдвига напряжения считывания. В том случае, который мы сейчас рассматриваем, сдвиг напряжения считывания равен опорному напряжению, так как напряжение на инвертирующем и неинвертирующем входах операционного усилителя, если этот операционный усилитель не находится в насыщении, практически равны. В нашей схеме операционник на входе контроллера не насыщается, а неинвертирующий вход подключен к опорному напряжению. В одной из схем, которые мы рассмотрим позже, сдвиг будет другим.

[Сдвиг напряжения считывания, В] = [Опорное напряжение, В]

Выберем силу тока считывания равной 0.5 мА. Тогда:

[Сопротивление резистора R9, Ом] = ([Выходное напряжение, В] - [Сдвиг напряжения считывания, В]) / 5E-4 А

[Сопротивление резистора R11, Ом] = [Опорное напряжение, В] / 5E-4 А

Опорное напряжение у нашей микросхемы D1 формируется на ножке 16 и составляет 5.1 В.

Важно! Если нужно подстраивать выходное напряжение, то следует подстраивать резистор R11. При этом выбранный нами ток считывания 0.5 мА будет меняться, но зато не будет сбиваться весь контур обратной связи.

[Частота резонанса выходного фильтра, Гц] = 1 / (2 * ПИ * sqrt(([Емкость конденсатора C8, Ф] + [Емкость конденсатора C9, Ф]) * [Индуктивность дросселя L1, Гн]))

[Усиление при разомкнутом контуре обратной связи на частоте резонанса] ≤ 2 * ПИ * ([Максимальное входное напряжение, В] - [Выходное напряжение, В]) / ([Размах напряжения для сравнения, В] * sqrt(([Емкость конденсатора C8, Ф] + [Емкость конденсатора C9, Ф]) * [Индуктивность дросселя L1, Гн]) * [Частота работы контроллера D1, Гц])

Напряжение для сравнения подается на вывод 7 применяемой микросхемы. Его размах в такой схеме включения для этой микросхемы и большинства аналогичных около 3 В.

Далее в формулах под усилением при разомкнутом контуре обратной связи на частоте резонанса мы будем понимать верхнюю оценку этой величины.

[Усиление при разомкнутом контуре обратной связи на частоте резонанса, дб] = 20 * log10([Усиление при разомкнутом контуре обратной связи на частоте резонанса])

[Частота единичного усиления, Гц] = [Частота работы контроллера D1, Гц] / 5

[Усиление контура обратной связи между полюсами, дб] = 20 * log10([Частота единичного усиления, Гц] / [Частота резонанса выходного фильтра, Гц]) - [Усиление при разомкнутом контуре обратной связи на частое резонанса, дб]

[Усиление контура обратной связи между полюсами] = 10 ^ ([Усиление контура обратной связи между полюсами, дб] / 20)

[Усиление контура обратной связи между нулями, дб] = [Усиление контура обратной связи между полюсами, дб] + 20 * log10(1.2 * [Частота резонанса выходного фильтра, Гц] / [Граничная частота конденсатора C9, Гц])

[Усиление контура обратной связи между нулями] = 10 ^ ([Усиление контура обратной связи между нулями, дб] / 20)

[Емкость конденсатора C2, Ф] = 1 / (2 * ПИ * [Частота единичного усиления, Гц] * [Сопротивление резистора R9, Ом] * [Усиление контура обратной связи между полюсами])

[Сопротивление резистора R2, Ом] = [Сопротивление резистора R9, Ом] * [Усиление контура обратной связи между нулями]

[Емкость конденсатора C3, Ф] = 1 / (2 * ПИ * [Сопротивление резистора R2, Ом] * [Частота резонанса выходного фильтра, Гц] / 5)

[Сопротивление резистора R10, Ом] = [Сопротивление резистора R2, Ом] / [Усиление контура обратной связи между полюсами]

[Емкость конденсатора C7, Ф] = 1 / (2 * ПИ * [Сопротивление резистора R10, Ом] * [Граничная частота конденсатора C9, Гц])

Другие варианты управления силовым ключом

Маломощная микросхема контроллера

Если микросхема D1 маломощная (ее выходной ток не позволяет управлять силовым транзистором), то можно применить вот такую схему:

Схема 3

В ней резистор R17 выбирается так, чтобы отпирающий ток был с двойным запасом.

[Сопротивление резистора R17, Ом] = ([Минимальное входное напряжение, В] - [Напряжение насыщения база - эмиттер VT7, В]) * [Минимальный коэффициент передачи тока VT2] * [Минимальный коэффициент передачи тока VT7] / [Пиковый ток коллектора VT2, А] / 2

Полевой транзистор в качестве силового ключа

Иногда хочется применять в качестве силового ключа полевой транзистор, но мощные полевые транзисторы с каналом p - типа являются большой редкостью. Это не является проблемой, если нет потребности в том, чтобы общий провод входной цепи и общий провод выходной были соединены. В этом случае подойдет следующая схема:

Схема 4

В ней коммутирующий элемент включен в разрыв общего провода, что облегчает управление им. Кроме того, сняв требование о единой общей шине, мы можем включить резистор контроля тока R7 в истоковую цепь и снять с него контрольное напряжение непосредственно.

Но сразу возникает другая проблема - реализация обратной связи по напряжению. Для ее решения применяется токовое зеркало с коэффициентом 1:1. Токовое зеркало реализуется соединением двух согласованных транзисторов VT4 и VT5. При таком включении сила тока через транзистор VT4 практически равна силе тока через транзистор VT5. В схеме лучше всего применять интегральное токовое зеркало, в котором гарантировано согласование транзисторов, так как разброс параметров транзисторов может в значительной степени портить токовое зеркало.

Резистор R16 выбирается согласно рекомендациям производителя микросхемы D1. Для нашего ШИМ - контроллера подойдет 10 - 20 Ом.

Диоды VD5, VD6 HER308.

Если сохранить единую общую шину нужно, а коммутирующим элементом из каких-то соображений все же желательно выбрать полевой, а не биполярный транзистор, то применим такое включение:

Схема 5

В ней используется специализированная микросхема D2 - драйвер верхнего плеча моста (полумоста). Эта микросхема предназначена для мостовых или полумостовых топологий, но, по нашему опыту, прекрасно работает и в этой схеме. В качестве D2 мы обычно используем IR2125.

Резистор R16 также выбирается согласно рекомендациям производителя микросхемы D2. Для нашего драйвера подойдет 10 - 20 Ом.

Диоды VD5, VD6, VD7 HER308.

Конденсатор С12 1 мкФ, рассчитанный на напряжение питания драйвера D2.

Проектируя оба варианта схемы на полевых транзисторах, нужно помнить, что максимальное входное напряжение не должно превышать максимально допустимое напряжение затвор - исток, так как для отпирания на затвор подается полное входное напряжение. Если напряжение на входе выше безопасного, то нужно питать микросхемы контроллера и драйвера пониженным напряжением, как это показано на следующей схеме:

[Мощность, рассеиваемая VT2 в открытом состоянии, Вт] = (([Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] - [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А]) ^ 2 + ([Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] - [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А]) * [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А] / 2 + [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А] ^ 2 / 3) * [Сопротивление канала VT2 в открытом состоянии, Ом] * [Максимальный коэффициент заполнения]

Во всех схемах вместо считывающего резистора можно применять трансформатор тока так, как это показано на схеме 2.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. [1] сообщений.

Перечитал множество статей работы с 1156ЕУ3, но так и не понял, как именно задается выходное напряжение. От каких элементов оно зависит? Также буду очень благодарен, если если подскажете, как правильно рассчитать параметры понижающего преобразователя 100в на 28в 1000 Ватт. Заранее огромное спасибо. Читать ответ...