Повышающий импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Конструирование, проектирование. Выбор частоты. Прерывный, непрерывный ток. Выходной конденсатор фильтра

Как сконструировать повышающий импульсный преобразователь. Как выбрать частоту работы контроллера, режим тока через индуктор, емкость конденсатора выходного фильтра (10+)

Повышающий импульсный стабилизатор напряжения. Схемы. Расчет - Шаг 1

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Резистор R1 подстроечный 200 кОм - служит для установки максимально допустимого коэффициента заполнения. Правильное значение этого коэффициента далее будет рассчитано. Настройка проводится таким образом. Отключаются силовые элементы. Далее с помощью осциллографа этим резистором устанавливается рассчитанное значение коэффициента заполнения.

Резистор R16 подстроечный 200 кОм - служит для регулировки выходного напряжения.

Резистор R8 50 Ом. Этот резистор обеспечивает надежное и быстрое запирание биполярного транзистора

Диод VD1 маломощный, например, КД510

Конденсатор C1 0.1 мкФ, согласно рекомендациям производителей контроллера. Конденсатор нужен для сглаживания пульсаций опорного напряжения, которое формируется контроллером на ноге 16.

Конденсатор C5 0.1 мкФ. Этот конденсатор задает скорость мягкого старта. Он заряжается током 1 мкА от контроллера. По мере роста напряжения на нем, растет максимально возможный коэффициент заполнения. Этот процесс продолжается, пока напряжение не будет ограничено диодом VD1 и подстроечным резистором R1.

Конденсатор C6 22 пФ для фильтрации высокочастотных помех, чтобы защита по току не срабатывала от помех.

Резистор R15 1 кОм. Он также, как и C5, нужен для фильтрации высокочастотных помех.

Резистор R16 10 - 20 Ом. Он выбирается согласно рекомендациям производителя микросхемы D1.

Диоды VD5, VD6 HER308.

Выбор частоты работы контроллера

При выборе частоты мы руководствуемся такими же соображениями, что и для понижающего преобразователя, а именно: Увеличение частоты работы контроллера позволяет уменьшить габариты преобразователя (в частности индуктивность, а значит размер дросселя L1, емкость, а значит размер конденсатора C8) и уменьшить время протекания переходных процессов (ускорить установление выходного напряжения при скачках входного или тока нагрузки). Но при этом растут коммутационные потери и нагрев транзистора VT2 и диода VD2. А при для частот от 100 кГц требуется использовать специализированные ферриты и закладывать меньшее намагничивание сердечника.

В итоге частота выше 75 кГц без особой надобности не используется. Если нам нужен малогабаритный относительно маломощный (до 50 Вт) источник питания, то выбираем частоту 30 - 70 кГц. Если требуется мощный источник, то выбираем 10 - 30 кГц.

[Емкость конденсатора C4, Ф] = 3 / [Сопротивление резистора R3, Ом] / [Частота работы контроллера D1, Гц] / 2

Сопротивление резистора R3 обычно выбирается около 50 кОм.

Непрерывный / перывный ток

В некоторых источниках мы встречали пассаж о том, что инвертирующий и повышающий преобразователи могут работать только в режиме прерывного тока. Это - неправда. Просто происходит подмена понятий. Действительно, ток зарядки конденсатора в этих схемах всегда прерывается. Но мы говорим на об этом токе, а о токе через дроссель. А ток через дроссель в этих топологиях может быть непрерывным, просто он не всегда идет через выходной конденсатор.

Выберем режим тока через дроссель. Подробный анализ достоинств и недостатков режима прерывного и режима непрерывного тока. В режиме прерывного тока устройство работает более устойчиво и надежно, мы обычно применяем его. Исключение - случаи, когда нужна очень большая мощность или низкий уровень помех. Для режима непрерывного тока характерны более равномерная нагрузка на силовой ключ и меньшие высокочастотные электромагнитные помехи. Ведь высокочастотные помехи как раз и возникают в моменты, когда сила тока в дросселе приближается к нулю. В этот момент один вывод дросселя оказывается подвешенным (ключ закрыт, диод закрывается). Именно на этом подвешенном выводе и формируются высокочастотные колебания.

Максимально допустимый коэффициент заполнения и индуктивность дросселя

Для повышающий преобразователей ограничение максимального коэффициента заполнения жизненно необходимо, так как в режиме накопления энергии ток на выходной конденсатор не поступает. Так что, если коэффициент заполнения близок к 100%, то выходной конденсатор просто не заряжается, а ток продолжает расти, и это приводит в выходу схемы из строя.

Ограничение коэффициента заполнения задается с помощью резистора R1.

[Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] = 1.2 * [Максимальная сила тока нагрузки, А] * [Выходное напряжение, В] / ([Выходное напряжение, В] - [Минимальное входное напряжение, В])

Коэффициент 1.2 нужен для учета переходных процессов. В установившемся режиме средняя сила тока через дроссель может быть вычислена по той же формуле, но без коэффициента 1.2

Режим прерывного тока

[Максимальный коэффициент заполнения] = ([Выходное напряжение, В] - [Минимальное входное напряжение, В]) / [Выходное напряжение, В]

Индуктивность дросселя выбираем максимально возможной, но такой, чтобы получить прерывный режим. При таком выборе мы будем иметь минимально возможный для прерывного режима максимальный ток через ключ, что сделает коммутационные потери меньшими.

[Индуктивность дросселя L1, Гн] = [Минимальное входное напряжение, В] * [Максимальный коэффициент заполнения] / [Частота работы контроллера D1, Гц] / [Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] / 2

[Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А] = [Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А]

Режим непрерывного тока

[Максимальный коэффициент заполнения] = 0.8

Для режима непрерывного тока выбираем желаемую максимальную амплитуду пульсации тока через дроссель, тогда

[Индуктивность дросселя L1, Гн] = [Максимальное входное напряжение, В] * [Максимальный коэффициент заполнения] / [Частота работы контроллера D1, Гц] / [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А] / 2

По полученным данным можно рассчитать дроссель L1. Подробнее о расчете и проектировании дросселя. Здесь мы не будем приводить формулы, но в форме онлайн расчета параметры индуктора L1 рассчитаем.

Емкость выходного конденсатора

Выберем допустимую амплитуду пульсаций выходного напряжения

[Емкость конденсатора C8, Ф] = [Максимальная сила тока нагрузки, А] * [Максимальный коэффициент заполнения] / [Допустимая амплитуда пульсации выходного напряжения, В] / [Частота работы контроллера D1, Гц] / 2

Формула понятна исходя из такого соображения. Конденсатор C8 разряжается током нагрузки в течении времени замыкания ключа, которое равно отношению максимального коэффициента заполнения к частоте работы.

(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.